JP2005125564A

JP2005125564A - シートの製造装置および製造方法

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Publication number: JP2005125564A
Application number: JP2003362299A
Authority: JP
Inventors: Mikio Matsuoka; 幹雄松岡; Kunio Takeuchi; 邦夫竹内
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP4352854B2

Abstract

【課題】原材料が本来有する特性を低下させることなく、高速でシートを適正に製造できるようにする。
【解決手段】０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を溶融状態としてシート状に押し出す押出機と、この押出機から押し出された溶融シート状体を冷却する移動冷却体５と、溶融シート状体に対してストリーマコロナ放電を行うことにより移動冷却体５に溶融シート状体を静電密着させるコロナ放電部とを備え、上記コロナ放電部に複数の針状電極１０を溶融シート状体の搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列し、上記針状電極１０と溶融シート状体との間隙Ｎを０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定するとともに、各針状電極１０の設置間隔Ｗを上記針状電極１０と溶融シート状体との間隙Ｎの５倍未満に設定したことを特徴とするシートの製造装置および製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、押出機から熱可塑性樹脂を溶融状態としてシート状に押し出し、この溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却することにより、均一な厚みを有するとともに表面欠点の少ないシートを製造するシートの製造装置および製造方法を提供するものである。

従来、押出機のＴダイ等から移動冷却体上に溶融状態の熱可塑性樹脂をシート状に押し出して効率よく冷却することにより、均一な厚みおよび幅寸法を有するシートを形成するため、例えば特許文献１に示されるように、移動冷却体に沿って配設されたワイヤ状またはナイフエッジ状の電極に高電圧を印加することより、溶融シート状体に静電荷を付与して移動冷却体に密着させることが行われている。このようにワイヤ状またはナイフエッジ状の電極を用いて溶融シート状体を移動冷却体に静電密着させるように構成した場合には、溶融シート状体および移動冷却体の移動速度を２５ｍ／ｍｉｎ程度の比較的低速に設定することにより、移動冷却体に溶融シート状体を適正に密着させて効率よく冷却することが可能である。

また、４０ｍ／ｍｉｎ程度の比較的高速で移動する移動冷却体に溶融シート状体を適正に密着させて効率よく冷却できるようにするため、例えば特許文献２に示されるように、針状、鋸刃状、ワイヤ状またはナイフエッジ状の電極から上記溶融シート状体にストリーマコロナ放電を行って多くの電荷を付与することにより、この溶融シート状体を移動冷却体に静電密着させることが行われている。

さらに、例えば特許文献３に示されるように、ポリエステル樹脂中にアルカリ金属、アルカリ土類金属もしくはそれらの化合物の少なくとも一種を含有させる等により、溶融シート状体を構成する熱可塑性樹脂の溶融比抵抗を低い値に設定した場合には、電極に高電圧を印加することにより溶融シート状体を移動冷却体に静電密着させて溶融シート状体を冷却する際における上記移動冷却体の移動速度を高速化できることが知られている。
特公昭３７−６１４２号公報特開昭５６−１０５９３０号公報特公昭５３−４０２３１号公報

上記特許文献１に開示されたワイヤ状またはナイフエッジ状の電極を用いた静電密着法では、溶融シート状体および移動冷却体の移動速度を２５ｍ／ｍｉｎ以上に高速化すると、移動冷却体の表面に生じる随伴流に応じて形成された空気膜の存在により、上記移動冷却体に対する溶融シート状体の密着性が不充分となって、移動冷却体による溶融シート状体の冷却作用が損なわれることになる。この結果、溶融シート状体が充分に冷却される前に、その結晶化が進んで透明性が低下するとともに、シートの表面に気泡状または筋状の欠点が発生し易く、かつ溶融シート状体が均等に冷却されないことに起因してシートの厚みが不均一になり易いという問題があった。

また、上記特許文献２に開示されたストリーマコロナ放電方式の静電密着法において、溶融シート状体を移動冷却体に密着させて効率よく冷却させることができるのは、溶融比抵抗値が６．０×１０⁶（Ω・ｃｍ）以下のポリアミド系樹脂等に限られ、例えば０．４×１０⁸（Ω・ｃｍ）程度の溶融比抵抗値を有するポリエチレンテレフタレート等については、安定したストリーマコロナ放電を行うことができないとされていた。したがって、上記ポリエチレンテレフタレート等の溶融比抵抗値の高い樹脂材料は、ストリーマコロナ放電により移動冷却体に静電密着されるシートの原材料として使用されず、ポリアミド系樹脂等の溶融比抵抗値が小さなものだけが使用されていた。

さらに、上記特許文献３に示されるように、シートの原材料である熱可塑性樹脂中にアルカリ金属等の添加物を混入して溶融シート状体の溶融比抵抗値を低下させることにより、溶融シート状体および移動冷却体の移動速度を高速化しつつ、溶融シート状体と移動冷却体との密着力を確保することにより溶融シート状体を移動冷却体に密着させて効率よく冷却するように構成した場合には、上記溶融シート状体の溶融比抵抗値を低下させるためにその原材料が本来有する無異物性、色調または耐熱性等をある程度犠牲にしなければならないという問題があった。

また、上記特許文献２，３に開示されているように、シートの原材料として溶融比抵抗値が低い熱可塑性樹脂を使用した場合には、電極から移動冷却体に流れる電流が大きくなり過ぎて火花放電を生じ易い傾向があるため、上記移動冷却体に対する溶融シート状体の接触点よりも上流側に電極を設置する等により、上記火花放電の発生を防止する必要がある。このように移動冷却体に対する溶融シート状体の接触点よりも上流側に電極を設置した場合には、溶融シート状体が振動することにより電極に接触して傷付けられ易く、これを防止するためには、溶融シート状体と電極とをある程度離間させる必要がある。このように電極が溶融シート状体から離間した状態となると、両者の間に印加される電圧を高く設定しなければ、上記ストリーマコロナ放電を安定して発生させることができなくなるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、原材料が本来有する特性を低下させることなく、高速でシートを適正に製造することができるシートの製造装置および製造方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を溶融状態としてシート状に押し出す押出機と、この押出機から押し出された溶融シート状体を冷却する移動冷却体と、溶融シート状体に対してストリーマコロナ放電を行うことにより移動冷却体に溶融シート状体を静電密着させるコロナ放電部とを備えたシートの製造装置において、上記コロナ放電部に複数の針状電極を溶融シート状体の搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列し、上記針状電極と溶融シート状体との間隙を０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定するとともに、各針状電極の設置間隔を上記針状電極と溶融シート状体との間隙の５倍未満に設定したものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のシートの製造装置において、針状電極の先端部に、０．１ｍｍ未満の半径を有する球体が最先端部周面に内接する先窄まり部を設けたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載のシートの製造装置において、針状電極の先端部に設けられた先窄まり部の頂角を９０°未満に設定したものである。

請求項４に係る発明は、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を押出機から溶融状態でシート状に押し出す押出工程と、押出機から押し出された溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却する冷却工程と、冷却後のシート状体を延伸する延伸工程とを備えたシートの製造方法において、複数の針状電極が溶融シート状体の搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列され、上記針状電極と溶融シート状体との間隙が０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定されるとともに、各針状電極の設置間隔が上記針状電極と溶融シート状体との間隙の５倍未満に設定されてなるコロナ放電部から、溶融シート状体に対してストリーマコロナ放電を行うことにより、上記冷却工程で溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却するものである。

請求項１に係る発明によれば、各針状電極と移動冷却体との間に所定の電圧を印加して溶融シート状体に大電流を流すストリーマコロナ放電を行うことにより、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂からなる溶融シート状体に対して多くの電荷を安定して連続的に付与できるため、上記溶融シート状体および移動冷却体の移動速度を高速に設定した場合においても、移動冷却体に溶融シート状体を適正に密着させて均等に冷却することができる。したがって、シートの原材料である熱可塑性樹脂中に所定の添加物が混入されることにより、原材料が本来有する無異物性、色調または耐熱性等の特性が低下する等の問題を生じることなく、均一な厚みを有するとともに表面欠点のないシートを高速で効率よく製造できるという利点がある。

請求項２に係る発明によれば、針状電極の先端部が鋭利な先窄まり形状に形成されて電場の集中度が高められるため、この針状電極の先端部から溶融シート状体に安定したストリーマコロナ放電を行わせることができる。したがって、上記針状電極と移動冷却体との間に印加される電圧を過度に高い値に設定することなく、溶融シート状体に多くの電荷を連続的に付与して移動冷却体に溶融シート状体を適正に密着させることにより、この溶融シート状体を適正かつ効果的に冷却できるという利点がある。

請求項３に係る発明によれば、針状電極と溶融シート状体との間隙を必要以上に小さくすることなく、針状電極の先端部における電場の集中度を効果的に高めることができ、この針状電極の先端部から溶融シート状体に安定したストリーマコロナ放電を行わせることができるという利点がある。

請求項４に係る発明によれば、押出機から押し出された溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却する冷却工程で、針状電極と移動冷却体との間に所定の電圧を印加して溶融シート状体に大電流を流すストリーマコロナ放電を行うことにより、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂からなる溶融シート状体に対して多くの電荷を安定して連続的に付与できるため、上記溶融シート状体および移動冷却体の移動速度を高速に設定しつつ、溶融シート状体を移動冷却体に適正に密着させて均等に冷却することができ、均一な厚みを有するとともに表面欠点のないシートを高速で効率よく製造できるという利点がある。

図１は、本発明に係るシートの製造装置の実施形態を示している。この製造装置は、ホッパー１から投入された熱可塑性樹脂材を加熱混練することにより溶融状態としてＴダイ等からなる口金２からシート状に押し出す押出機３と、この押出機３から押し出された溶融シート状体４ａを冷却する冷却ローラ等からなる移動冷却体５と、上記溶融シート状体４ａにストリーマコロナ放電を行うことにより溶融シート状体４ａを移動冷却体５に密着させるコロナ放電部６と、上記移動冷却体５により冷却されたシート状体４ｂを長手方向に延伸させる第１延伸部７と、上記シート状体４ｂを幅方向に延伸させる第２延伸部８と、延伸後のシート４ｃを巻き取る巻取部９とを有している。

上記コロナ放電部６には、図２および図３に示すように、移動冷却体５の周面に対する溶融シート状体４ａの接触点Ｚの近傍において、溶融シート状体４ａの表面に対向する複数の針状電極１０が設置されている。これらの針状電極１０は、溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に一定間隔Ｗで配列されるとともに、針状電極１０の軸線が溶融シート状体４ａの表面に対して直交する方向に設置されている。

上記針状電極１０は、直径が１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下に設定された鉄、真鍮、ステンレス鋼またはタングステン等により円柱状に形成され、各針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間には所定の間隙Ｎが設けられている。そして、直流高圧電源１１から上記針状電極１０と移動冷却体５との間に所定電圧が印加され、この針状電極１０から移動冷却体５上の溶融シート状体４ａに対してストリーマコロナ放電が行われることにより、多くの電荷が連続的に付与されて上記溶融シート状体４ａが移動冷却体５に静電密着するようになっている。

上記ストリーマコロナ放電とは、例えば正電圧が印加される針状電極１０と、アース体である溶融シート状体４ａとが橋絡して安定したコロナ放電が行われる状態をいう。すなわち、上記針状電極１０と移動冷却体５との間に印加される電圧を上昇していくと、最初に暗流状態（持続性のない放電現象）が生じた後、グローコロナ放電状態となり、次いで上記針状電極１０からの放電により空気がイオン化されて安定した電流が持続的に流れるストリーマコロナ放電状態となる。この状態から、さらに電圧を上昇させると火花放電状態となる。

上記各放電現象を電圧と電流との関係で見ると、暗流領域では、オームの法則が成立する微少電流領域、つまり電圧に比例して電流が流れる領域と、電圧を上げても電流が増加しない領域とがあり、この領域からさらに電圧を上昇させると急激に電流が増加する状態となり、この領域がグローコロナ放電領域であって電極の表面を覆う紫色の発光が認められる。このグローコロナ放電領域からさらに電圧を上げると、ストリーマコロナ放電状態となり、この時には、電極とアース体とを橋絡する発光が見られる。電極に印加される電圧Ｖ（ｋＶ）と、アース体であるシート状体の幅寸法に対応した電流値Ｉ（ｍＡ／ｃｍ）との関係を具体的に見ると、Ｉ＜０．０２５×Ｖ−０．１２となる領域が暗流領域またはグローコロナ放電領域であって、Ｉ≧０．０２５×Ｖ−０．１２となる領域がストリーマコロナ放電領域である。

上記のように押出機３から移動冷却体５上に押し出された溶融シート状体４ａに対し、上記コロナ放電部６の各針状電極１０からストリーマコロナ放電が行われて多量の電荷が上記溶融シート状体４ａに付与されることにより、この溶融シート状体４ａが移動冷却体５に静電密着した状態となり、この移動冷却体５に供給される冷却水等の冷却媒体との間で熱交換が行われて上記溶融シート状体４ａが冷却されるようになっている。

上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎ、つまり針状電極１０の先端面と、移動冷却体５上に位置する溶融シート状体４ａの表面との距離が一定値未満になると、針状電極１０の先端部が溶融シート状体４ａに接触して溶融シート状体４ａが傷付けられる可能性があり、上記距離が一定値以上となると、ストリーマコロナ放電を適正に行うために印加電圧を極端に高くする必要が生じて、火花放電が発生し易くなることが避けられない。このため、上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎは、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定され、その好適範囲は１ｍｍ〜４ｍｍである。

上記溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に配列された各針状電極１０の設置間隔Ｗ、つまり相隣接する針状電極１０の軸心間距離が一定値以上になると、各針状電極１０から溶融シート状体４ａへの放電間隔が広くなり過ぎてその間に筋状の密着不良部分が発生し易くなる。このような弊害を防止するために、上記設置間隔Ｗは、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの５倍未満に設定されている。また、上記各針状電極１０の設置間隔Ｗが針状電極１０の直径に等しくなると、図４に示すように、相隣接する針状電極１０が互いに当接してそれ以上接近させることが不可能となるため、上記設置間隔Ｗの下限値は針状電極１０の直径に対応した値となる。上記設置間隔Ｗの好適範囲は、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの１倍〜３倍の範囲内であり、具体的な数値で示すと、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎが１ｍｍである場合、上記設置間隔Ｗの好適範囲は、１ｍｍ〜３ｍｍとなる。

上記針状電極１０の先端部には、図５に示すように、所定の半径ｒを有する球体Ｑが最先端部周面に内接する円錐状の先窄まり部１０ａが形成されている。上記針状電極１０の先端部における電荷の集中度を高めてストリーマコロナ放電を効率よく発生させるためには、上記先窄まり部１０ａの最先端部周面に内接する球体Ｑの半径ｒを０．１ｍｍ未満にすることが望まれるが、この球体Ｑの半径を過度に小さくすると、上記先窄まり部１０ａの成形が困難になるとともに、取り扱い時に針状電極１０の最先端部が損傷し易くなる。したがって、上記半径ｒの好適範囲は、０．００５ｍｍ〜０．０９ｍｍであり、さらに好適な範囲は０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである。なお、上記球体Ｑの半径ｒは、針状電極１０の最先端部周面に内接する円を描き、その半径を計測することにより求められる。

上記移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの密着力Ｆ［Ｐａ］をクローン力として考察すると、下記式のように表される。下記式においてｑはシート上の電荷［Ｃ］、Ｅはシートの電場［Ｖ／ｍ］、Ｓは単位時間（１ｓ）当たりに移動するシートの長さと幅寸法により定義されるシートの面積［ｃｍ²］、ｉは静電密着電極を流れる電流［Ａ］、Ｖは電極に印加される電圧［Ｖ］、ｖは移動体冷却５の移動速度［ｍ／ｓ］、ｗは静電密着により冷却されるシートの幅［ｍ］、ｋは式ｋ＝Ｅ／Ｖで定義される電場集中度［１／ｍ］であり、簡単な形状の場合には解析計算により求められ、複雑な形状の場合には有限要素法を用いた数値計算により求められる。

Ｆ［Ｐａ］＝ｑ［Ｃ］×Ｅ［Ｖ／ｍ］／Ｓ［ｃｍ²］
＝ｉ・Ｖ・ｋ／（ｖ・ｗ）［Ｐａ］
上記式から、移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの静電密着力は、電極に対する印加電圧Ｖと電流ｉと電場集中度ｋとに応じて定まり、この電場集中度ｋを高めることにより静電密着力Ｆを増大させ得ることがわかる。

上記溶融シート状体４ａとの間隙Ｎが一定値未満になるのを防止しつつ、針状電極１０の先端部における電荷の集中度を、さらに効果的に高めて静電密着力を増大させるためには、上記先窄まり部１０ａの頂角θを極力小さくすることが望まれ、この頂角θを９０°未満に設定することが好ましい。この頂角θが９０°以上になると、上記先窄まり部１０ａの最先端部周面に内接する球体Ｑの半径ｒを０．０４ｍｍ程度に設定し、かつ針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを１．５ｍｍ以下にしないと、安定したストリーマコロナ放電を行うことができないからである。また、上記先窄まり部１０ａの頂角θが小さくなり過ぎると、先窄まり部１０ａの最先端部周面に内接する球体Ｑの半径ｒを上記好適範囲に設定することが困難となるため、上記頂角θの好適角度は３０°前後である。

また、上記溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に配列された各針状電極１０の間に高低差が生じ、溶融シート状体４ａと各針状電極１０との間に形成される間隙Ｎにバラツキが生じると、放電班が発生して密着不良部分が形成され易くなる。これを防止するために印加電圧を上昇させると、溶融シート状体４ａに部分的な白化現象が発生し易くなり、この白化現象が生じると、シートの表面荒れ等の欠陥を検査で見つけ出すことが困難となるため、上記針状電極１０間の高低差、つまり各針状電極１０の移動冷却体５に対する突出長さのバラツキを０．３ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満に設定して溶融シート状体４ａと各針状電極１０との間隙Ｎが不揃いとなるのを極力防止するように構成されている。

上記押出機３により加熱混練されて押し出される熱可塑性樹脂としては、その溶融比抵抗値Ｒが０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上のものであれば特に限定されないが、以下のような樹脂が想定される。なお、上記溶融比抵抗値Ｒは、熱可塑性樹脂を真空乾燥した後に、５０ｍｍの直径を有する試験管に入れ、窒素雰囲気下で溶融した後、２８５℃の窒素雰囲気下で上記熱可塑性樹脂中に一対の銅製電極を挿入し、この両電極に直流高圧発生装置から電圧を印加した状態で計測された電流値および電圧値、電極面積および電極間距離に応じ、式Ｒ＝（Ｖ・Ｓ／Ｉ・Ｌ）に基づいて求められる。なお、この式において、Ｖは電圧値、Ｓは電極面積、Ｉは電流値、Ｌは電極間距離である。

上記溶融比抵抗値の高い熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレートもしくはこれらの樹脂を構成するポリマー成分を主成分とした共重合体からなるポリエステル系樹脂が好適に用いられる。

上記の共重合体を用いる場合、そのジカルボン酸成分としてはアジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸；テレフタル酸、イソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，２−ビスフェノキシエタン−ｐ，ｐ′−ジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸；およびこれらのエステル形成誘導体（２，５−ジメチルテレフタル酸等）等が挙げられる。なお、トリメリット酸およびピロメリット酸等の多官能カルボン酸等を用いてもよい。

また、上記共重合体のグリコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、トリメチロールプロパン、ｐ−キシレングリコール等や平均分子量が１５０〜２０００のポリエチレングリコール等が用いられる。

なお、上記ポリエステル系樹脂の組成物には、例えば帯電防止剤、ＵＶ吸収剤または安定剤等からなる各種公知の添加剤を含有させてもよい。

また、溶融比抵抗値の高い上記ポリエステル系樹脂に代え、溶融比抵抗値の低い素材と、各種の添加物（例えば溶融比抵抗値の高い樹脂）とを混合することにより、その溶融比抵抗値を０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上に調整したものを用いてもよい。

上記押出機３により加熱混練される熱可塑性樹脂として、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有するポリエチレンテレフタレートを使用するとともに、上記構成の製造装置を用いてシートを製造するシートの製造方法について以下に説明する。まず、易滑性の付与を目的とした粒子を必要に応じて配合したポリエチレンテレフタレートのペレットを充分に真空乾燥した後、これを押出機３のホッパー１に供給して加熱混練することにより、口金２から例えば約２８０℃の温度と、２００μｍ程度の厚みとを有する溶融シート状体４ａを押し出して移動冷却体５の周面に接触させる。

上記のようにして移動冷却体５上に押し出された溶融シート状体４ａと移動冷却体５との接触点Ｚの近傍に沿って配設された針状電極１０に正電圧を印加し、上記溶融シート状体４ａにストリーマコロナ放電を発生させることにより、この溶融シート状体４ａに多くの電荷を連続的に付与し、上記溶融シート状体４ａを所定速度で搬送しつつ移動冷却体５の周面に静電密着させて冷却する。

すなわち、複数の針状電極１０を溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列し、上記各針状電極１０の設置間隔Ｗを上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの５倍未満となるよう設定するとともに、この針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定した状態で、各針状電極１０と移動冷却体５との間に直流の高電圧を印加する。この結果、上記溶融シート状体４ａにストリーマコロナ放電が行われることにより、多量の電荷が溶融シート状体４に付与されてこの溶融シート状体４が帯電し、上記移動冷却体５の周面に溶融シート状体４ａが静電密着した状態となって効果的に冷却されることになる。

上記移動冷却体５により冷却されたシート状体４ｂを第１延伸部７に供給してシート状体４ｂの長手方向に延伸させた後、第２延伸部８に供給してシート状体４ｂの幅方向に延伸させることにより、所定の幅寸法および厚みを有するシート４ｃを製造し、これを巻取部９においてロール状に巻き取る。

このように０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を溶融状態としてシート状に押し出す押出機３と、この押出機３から押し出された溶融シート状体４ａを冷却する移動冷却体５と、溶融シート状体４ａに対してストリーマコロナ放電を行うことにより移動冷却体５に溶融シート状体４ａを静電密着させるコロナ放電部６とを備えたシートの製造装置において、上記コロナ放電部６に複数の針状電極１０を溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列し、上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定するとともに、各針状電極１０の設置間隔Ｗを上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの５倍未満に設定したため、原材料が本来有する無異物性、色調または耐熱性等の特性が低下する等の問題を生じることなく、均一な厚みを有するとともに表面欠点のないシートを高速で効率よく製造できるという利点がある。

すなわち、上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定したため、印加電圧を過度に高くすることなく溶融シート状体４ａに大電流を流すストリーマコロナ放電を行うことにより、多量の電荷を溶融シート状体４ａに付与してこの溶融シート状体４ａを上記移動冷却体５の周面に静電密着させることができる。したがって、上記溶融シート状体４ａおよび移動冷却体５の移動速度を、例えば６０ｍ／ｍｉｎ以上の高速に設定した場合においても、移動冷却体５に溶融シート状体を適正に密着させて均等に冷却することができ、シートの表面が粗面化されて透明性が低下する等の弊害を生じることなく、シートの生産性を向上させることができる。

また、上記構成の針状電極１０を使用することにより、０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を原材料としてシートを製造することが可能となり、上記原材料中にアルカリ金属等を添加して上記溶融比抵抗値を低下させる必要がないため、上記原材料が本来有する無異物性、色調または耐熱性等を損なうことなく、優れた特性を有するシートを効率よく製造できるという利点がある。

しかも、上記のように０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を原材料として使用することにより、上記移動冷却体５に溶融シート状体４ａの接触点Ｚに近い位置に針状電極１０を配設した場合においても、この針状電極１０から移動冷却体５に流れる電流が大きくなり過ぎて火花放電が生じるという事態の発生を防止することができる。したがって、上記移動冷却体５に溶融シート状体４ａが密着して振動しにくい状態にある上記接触点Ｚに近い位置に針状電極１０を配設することにより、溶融シート状体４ａの振動に起因して針状電極１０に溶融シート状体４ａが接触するという事態の発生を防止することができる。

さらに、上記のように各針状電極１０の先端部を溶融シート状体４ａに近づけることにより、低電圧で溶融シート状体４ａに対するストリーマコロナ放電を適正に発生させて上記溶融シート状体４ａを移動冷却体５に静電密着させることができるため、シートの表面が粗面化されて不透明になったり、上記溶融シート状体４ａと移動冷却体５との間に空気が部分的に捕捉されてシートの表面に泡状または筋状の欠陥が形成されたりする等の弊害を生じることなく、上記溶融シート状体４ａを効果的に冷却できるという利点がある。

そして、上記のように各針状電極１０の設置間隔Ｗを上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの５倍未満に設定することにより、相隣接する針状電極１０間の間隔Ｗが一定値以下となるように構成したため、各針状電極１０から溶融シート状体４ａにストリーマ放電が行われる際における相隣接する放電間隔が大きくなるのを防止して均一なストリーマ放電を発生させることができる。このため、上記移動冷却体５に対する密着性が高い部分と低い部分とが交互に発生する現象、つまり筋状の密着不良部分が発生するのを効果的に防止し、溶融シート状体４ａの全体を均一に冷却することができるという利点がある。

また、上記実施形態では、最先端部に０．１ｍｍ未満の半径を有する球体が最先端部周面に内接する先窄まり部１０ａを針状電極１０の先端部に設けたため、上記針状電極１０の先端部における電場の集中度を効果的に高めることにより、この針状電極１０の先端部から溶融シート状体４ａに対して安定したストリーマコロナ放電を行わせることができる。したがって、上記針状電極１０と移動冷却体５との間に印加される電圧を過度に高い値に設定することなく、上記溶融シート状体４ａに多くの電荷を連続的に付与して移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させ、これによって溶融シート状体４ａの全体を均一に冷却することができるという利点がある。

さらに、上記実施形態に示すように、針状電極１０の先窄まり部１０の頂角θを９０℃未満に設定した場合には、この針状電極１０の先端部における電場の集中度を、より効果的に高めることができるため、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを必要以上に小さくすることなく、針状電極１０の先端部から溶融シート状体４ａに安定したストリーマコロナ放電を行わせて溶融シート状体４ａを移動冷却体５に密着させることによる冷却性能を効果的に向上させることができるという利点がある。

また、上記実施形態に示すように、各針状電極１０の高低差を０．３ｍｍ未満に設定した場合には、上記高低差に応じて溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向における溶融シート状体４ａと各針状電極１０との間隙Ｎにバラツキが生じることによる放電班の発生を効果的に防止することができる。したがって、印加電圧をそれ程上昇させることなく、上記移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの密着不良部分が生じるのを抑制することにより、溶融シート状体４ａに部分的な白化現象が発生するのを効果的に防止しつつ、移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させて溶融シート状体４ａを効率よく冷却することができる。

さらに、上記実施形態では、移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの接触点Ｚの近傍に各針状電極１０を配設したため、シートの表面が粗面化されたり、シートに穴があいたりする等の弊害を生じることなく、上記溶融シート状体４ａを移動冷却体５に適正に密着させることにより、溶融シート状体４ａを効果的に冷却できるという利点がある。

すなわち、上記各針状電極１０の設置位置が、移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの接触点Ｚよりも溶融シート状体４ａの搬送方向の上流側に一定値以上（例えば５ｍｍ以上）ずれるのを防止し、上記接触点Ｚの近傍において溶融シート状体４ａに安定したストリーマコロナ放電を発生させるように構成することにより、上記印加電圧を過度に高い値に設定することなく、上記溶融シート状体４ａを移動冷却体５に適正に密着させることが可能となり、溶融シート状体４ａを適正に冷却してシートの表面が粗面化されるのを効果的に抑制できるとともに、火花放電が発生してシートに穴があくという事態の発生を効果的に防止できるという利点がある。

また、上記各針状電極１０の設置位置が、移動冷却体５に対する溶融シート状体４ａの接触点Ｚよりも溶融シート状体４ａの搬送方向の下流側に、一定値以上（例えば５ｍｍ以上）ずれるのを防止し、溶融シート状体４ａが移動冷却体５に密着する前に冷却、固化が進行しないように構成することにより、移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させて両者の間に空気が部分的に捕捉されるのを抑制することが可能となり、これによってシートの表面に泡状または筋状に欠陥が形成されるのを効果的に防止できるという利点がある。なお、上記弊害をより効果的に防止するためには、上記接触点Ｚに対する溶融シート状体４ａの搬送方向の上流方向または下流方向における上記各針状電極１０の設置位置のずれ量を３ｍｍ以下とすることが望ましい。

また、上記のように０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を押出機３から溶融状態でシート状に押し出す押出工程と、押出機３から押し出された溶融シート状体４ａを移動冷却体５に密着させて冷却する冷却工程と、冷却後のシート状体を延伸する延伸工程とを備え、複数の針状電極１０が溶融シート状体４ａの搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列され、上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎが０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定されるとともに、各針状電極１０の設置間隔Ｗが上記針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎの５倍未満に設定されてなるコロナ放電部６から、溶融シート状体４ａに対してストリーマコロナ放電を行うことにより溶融シート状体４ａを移動冷却体５に密着させて冷却するようにしたシートの製造方法によれば、上記溶融シート状体４ａおよび移動冷却体５の移動速度を高速に設定しつつ、溶融シート状体４ａを移動冷却体５に適正に密着させて均等に冷却することができ、均一な厚みを有するとともに表面欠点のないシートを高速で効率よく製造できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、冷却後にシート状体４ｂを第１延伸部７および第２延伸部８によりシートの長手方向および幅方向の二方向に延伸するシートの製造装置および製造方法について説明したが、上記両方向の何れか一方にのみ延伸させるようにしてもよい。一方向延伸の場合は、その力学的剛性から１０μｍ以上の厚みを有するシートが好適に用いられ、二方向延伸の場合には、２μｍ以上のシートが好適に用いられる。また、上記第１，第２延伸部の７，８の下流部に、シート状体４ｂをさらに長手方向および幅方向に延伸させる延伸部を設けた構造としてもよい。

また、円柱状の針状電極１０の先端部に円錐状の先窄まり部１０を形成してなる上記実施形態に代え、角柱状の電極の先端部に、図６に示すように、角錐状の先窄まり部１０ａを形成するとともに、その最先端部を所定径の球体が内接する球面状部１０ｂを設けた構造としてもよい。

本発明の実施例１ａ〜１ｃでは、固有粘度が０．６２ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート樹脂にＣａＣＯ₃を含有させた樹脂ペレットと、ＣａＣＯ₃を含有させない樹脂ペレットとを混合して全体で溶融比抵抗値が１．２×１０⁸（Ω・ｃｍ）に設定した原材料を使用し、これを１３５℃の温度で約６時間に亘り減圧乾燥（１．３ｈＰａ）した後、押出機３に供給して２８０℃の温度で加熱混練し、４５０ｍｍの幅寸法を有する押出機３の口金２から溶融状態のシート状体４ａとして移動冷却体５上に押し出すようにした。

また、表面温度を２０℃に保った金属ロールからなる移動冷却体５の周面に対向するように、複数本の真鍮製針からなる電極１０を１ｍｍの設置間隔Ｗで配設するとともに、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを１ｍｍに設定した状態で、この針状電極１０と上記移動冷却体５との間に３．０ｋＶ前後の電圧を印加して３．０ｍＡ前後の電流を流し、上記移動冷却体５の移動速度を８０ｍ／ｍｉｎ、９０ｍ／ｍｉｎ、１００ｍ／ｍｉｎの速度で移動させつつ、２６０ｍｍ幅寸法と１４０μｍの厚みとを有する溶融シート状体４ａを成形するとともに、上記溶融シート状体４ａの移動冷却体５に対する密着状態を観測した結果、下記表１に示すようなデータが得られた。

上記各実施例１ａ〜１ｃにおける針状電極１０として、その径が１ｍｍに設定されるとともに、その先端部に設けられた先窄まり部１０ａの頂角θが３０°に設定され、かつ針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎが１ｍｍに設定されることにより、図４に示すように相隣接する針状電極１０が互いに当接したＡ型の電極を使用した。また、上記針状電極１０の最先端部に内接する球体Ｑの半径ｒを０．０４ｍｍに設定するとともに、各針状電極１０の先端部の高低差を０．２ｍｍ未満に設定した。

一方、比較例１ａ〜１ｃでは、上記針状電極１０に代えて３０μｍの直径を有するタングステンワイヤからなる電極を、移動冷却体５の周面に対する溶融シート状体４ａの接触点Ｚの近傍に設置するとともに、この電極と溶融シート状体４ａとの間隙を５ｍｍに設定し、かつ上記移動冷却体５の移動速度を３０ｍ／ｍｉｎ〜３５ｍ／ｍｉｎに設定するとともに、上記電極と移動冷却体５との間に印加される電圧値と電流とを種々の値に調節した。さらに、比較例２ａ〜２ｃは、上記タングステンワイヤに代えて２０μｍの厚みを有するテープ電極を設置した点を除き、上記比較例１ａ〜１ｃと同様に構成した。

上記データから、移動冷却体５の移動速度を８０ｍ／ｍｉｎに設定した本発明の実施例１ａ、９０ｍ／ｍｉｎに設定した実施例１ｂおよび１００ｍ／ｍｉｎに設定した実施例１ａ〜１ｃの何れにおいても、針状電極１０を溶融シート状体４ａに対して３ｍｍ間隔でストリーマコロナ放電が発生していることが観測され、移動冷却体５に溶融シート状体４ａが適正状態で密着していることが確認された。なお、表１において、ＳＣはストリーマコロナ放電現象が見られたことを示し、○印は溶融シート状体４ａの全体が完全に冷却され、シートの表面にピン状の泡が形成される等の欠点が見られない状態を示している。また、表１において、△印はシートの表面に薄いピン状の欠点が部分的に認められる状態を示し、×印はシートの全体にピン状の欠点が認められ、あるいは筋状の欠点が認められる状態を示している。

これに対してタングステンワイヤからなる電極を使用した上記比較例１ａ〜１ｃまたはテープ電極を使用した上記比較例２ａ〜２ｃでは、移動冷却体５の移動速度を３０ｍ／ｍｉｎよりも速くすると、移動冷却体５と溶融シート状体４ａとの間に空気の泡が入ったり、筋状の斑が生じたりすることが避けられなかった。これを防止するために、上記印加電圧を上昇させると、火花放電（スパーク）が生じたり、ワイヤが切断されたり、シートに冷却班が生じたり、移動冷却体５に溶融シート状体が巻付いたりして適正にシートを製造することができなかった。

針状電極１０の頂角を９０°に設定するとともに、各針状電極１０の間隔Ｗを２ｍｍに設定した点を除いて上記実施例１ａ〜１ｃと同様に構成された本発明の実施例２ａと、各針状電極１０の間隔Ｗを２ｍｍに設定して図３に示すように相隣接する針状電極１０を互いに離間させたＢ型とするとともに、針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｎを２ｍｍに設定した点を除いて上記実施例１ｂと同様に構成した本発明の実施例２ｂと、針状電極１０の頂角を９０°に設定し、かつ各針状電極１０の設置間隔Ｗを３ｍｍに設定して相隣接する針状電極１０を互いに離間させ離間させたＢ型とするとともに、上記針状電極１０の最先端部に内接する球体Ｑの半径ｒを０．０３ｍｍに設定した点を除いて上記実施例１ｂと同様に構成した本発明の実施例２ｃとにおいて、移動冷却体５に対する密着状態を観測した結果、下記表２に示すようなデータが得られた。このデータから、本発明の実施例２ａ〜２ｃでは、各針状電極１０から溶融シート状体４ａに対して所定間隔でストリーマコロナ放電が発生していることが観測され、移動冷却体５に溶融シート状体４ａが適正状態で密着していることが確認された。

これに対して各針状電極１０の設置間隔Ｗを６ｍｍに設定し、かつ針状電極１０と上記移動冷却体５との間に３．５ｋＶの電圧を印加して２．２ｍＡの電流を流すようにした点を除いて本発明の上記実施例２ａと同様に構成した比較例３ａと、Ｂ型の針状電極１０を使用し、かつ上記印加電圧を３．３Ｖに設定するとともに、電流値を３．０ｍｍに設定した点を除いて上記比較例３ａと同様に構成した比較例３ｂにおいて、移動冷却体５の移動速度を７０ｍ／ｍｉｎに設定した場合には、移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させることができず、何れもシートの表面に薄いピン状の欠点が部分的に認められた。

また、各針状電極１０の最先端部に内接する球体の半径を０．１ｍｍに設定し、かつ針状電極１０と上記移動冷却体５との間に４．９ｋＶの電圧を印加して３．０ｍＡの電流を流すようにした点を除いて実施例２ａと同様に構成した比較例４ａと、Ｂ型の針状電極１０を使用するとともに、この針状電極１０と溶融シート状体４ａとの間隙Ｓを１．５ｍｍに設定し、かつ上記印加電圧を４．７Ｖに設定するとともに、電流値を３．３ｍｍに設定した点を除いて比較例４ａと同様に構成した比較例４ｂにおいて、移動冷却体５の移動速度を７０ｍ／ｍｉｎに設定した場合には、移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させることができず、いずれもシートの全体にピン状の欠点が認められ、あるいは筋状の欠点が認められた。

さらに、各針状電極１０の先端部に設けられた先窄まり部１０ａの頂角θを１２０°に設定するとともに、各針状電極１０の最先端部に内接する球体の半径を０．０３ｍｍに設定し、かつ針状電極１０と上記移動冷却体５との間に４．９ｋＶの電圧を印加して３．０ｍＡの電流を流すようにした点を除いて本発明の実施例２ｃと同様に構成した比較例５ａと、Ｂ型の針状電極１０を使用し、かつ上記印加電圧を４．７Ｖに設定するとともに、電流値を３．３ｍｍに設定した点を除いて比較例５ａと同様に構成した比較例５ｂにおいて、移動冷却体５の移動速度を７０ｍ／ｍｉｎに設定すると、移動冷却体５に溶融シート状体４ａを適正に密着させることができず、いずれもシートの全体にピン状の欠点が認められ、あるいは筋状の欠点が認められた。

本発明に係るシートの製造装置および製造方法によれば、従来では困難であった溶融比抵抗値の高い熱可塑性樹脂からなる溶融シート状体を移動冷却体に適正に静電密着させ、移動冷却体の移動速度を高くした場合においても、上記溶融シート状体を適正に冷却してシートの生産性を高めることができ、産業界に寄与するところが大である。

本発明の実施形態に係るシートの製造装置の全体構成を示す説明図である。針状電極の設置状態を示す側面図である。針状電極の設置状態を示す正面図である。針状電極の設置状態の他の例を示す正面図である。針状電極の先端部の構成を示す説明図である。針状電極の先端部の別の例を示す説明図である。

符号の説明

３押出機
４ａ溶融シート状体
５移動冷却体
６コロナ放電部
７，８延伸部
１０針状電極
１０ａ先窄まり部
Ｑ球体
ｒ半径
θ 頂角

Claims

０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を溶融状態としてシート状に押し出す押出機と、この押出機から押し出された溶融シート状体を冷却する移動冷却体と、溶融シート状体に対してストリーマコロナ放電を行うことにより移動冷却体に溶融シート状体を静電密着させるコロナ放電部とを備えたシートの製造装置において、上記コロナ放電部に複数の針状電極を溶融シート状体の搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列し、上記針状電極と溶融シート状体との間隙を０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定するとともに、各針状電極の設置間隔を上記針状電極と溶融シート状体との間隙の５倍未満に設定したことを特徴とするシートの製造装置。
針状電極の先端部に、０．１ｍｍ未満の半径を有する球体が最先端部周面に内接する先窄まり部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のシートの製造装置。
針状電極の先端部に設けられた先窄まり部の頂角を９０°未満に設定したことを特徴とする請求項２に記載のシートの製造装置。
０．３×１０⁸（Ω・ｃｍ）以上の溶融比抵抗値を有する熱可塑性樹脂を押出機から溶融状態でシート状に押し出す押出工程と、押出機から押し出された溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却する冷却工程と、冷却後のシート状体を延伸する延伸工程とを備えたシートの製造方法において、複数の針状電極が溶融シート状体の搬送方向と直交する方向に一定間隔で配列され、上記針状電極と溶融シート状体との間隙が０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定されるとともに、各針状電極の設置間隔が上記針状電極と溶融シート状体との間隙の５倍未満に設定されてなるコロナ放電部から、溶融シート状体に対してストリーマコロナ放電を行うことにより、上記冷却工程で溶融シート状体を移動冷却体に密着させて冷却することを特徴とするシートの製造方法。