JP2007210122A - 多層フィルム・シート成形用ダイスおよび多層フィルム・シート成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な厚さの多層フィルム・シートを成形すること。
【解決手段】複数個の溶融樹脂流路１７、１８、１９の各々の近傍部に、ダイス幅方向に延在するヒータ収容孔４１、４２、４３を形成し、各ヒータ収容孔４１、４２、４３に、複数個のスリーブヒータ（５１）を同軸接続してなる筒状ヒータ５０、６０、７０を挿入する。
【選択図】図１

Description

この発明は、多層フィルム・シート成形に用いられるダイスおよび多層フィルム・シート成形方法に関し、特に、マルチマニホールド方式の多層フィルム・シート成形用ダイス（マルチマニホールドダイス）および多層フィルム・シート成形方法に関するものである。

マルチマニホールドダイス（Ｔダイ）による多層フィルム・シート成形において、多層成形するフィルム・シートの厚さを幅方向に均一にするには、各層の溶融樹脂が合流した後の溶融樹脂の流量分布がダイスの幅方向において均一で、なお且つ、合流前の各層の溶融樹脂の流量分布もそれぞれダイスの幅方向において均一である必要がある。

このことに対して、マルチマニホールド法による多層フィルム・シート成形用ダイスでは、均一な流量分布が得られるよう、各層のマニホールドや圧損調整ランドの形状を、コンピュータを用いたシミュレーションによる分析、解析によって決定することが行われている。この場合のマニホールドや圧損調整ランドの形状は、かなり複雑な曲面形状になるが、高精度な数値制御機械加工によって複雑な曲面形状の加工も可能になってきている。

しかし、フィルム・シート成形機の運転条件や樹脂品種により、樹脂特性が各層毎に変わるため、マニホールドや圧損調整ランドの形状を最適設定しても、全ての運転条件で、フィルム・シート厚さを均一することは難しい。また、各層の溶融樹脂がダイス内において合流し、合わされる部分では、各層相互の樹脂特性差や相手層樹脂の特性の干渉を受ける。この合流部における樹脂挙動は、シミュレーションを完全に行うことが難しく、簡単なモデルでシミュレーションすることが多い。

従来、運転条件、樹脂品種、更に各層合流による多層フィルム・シートの幅方向の厚さ変動は、各層のチョーク部のダイス幅方向における各位置の隙間を変えて溶融樹脂の流量分布を調整することにより、各層の厚さを調整し、ダイス出口のダイス幅方向における各位置のリップ隙間を変えて溶融樹脂の流量分布を調整することによって全層厚さを調整することにより、補償している。

チョーク部の隙間調整は、チョーク調整ボルトを回し、チョークバーを上下方向（ダイス内部における溶融樹脂流路の断面積に変化を与える方向）移動させることにより行われる。チョーク調整ボルトは、一般的なダイスで、ダイス幅方向に、３０〜６０ｍｍ程度のピッチをもって複数個設けられている。フィルム・シートの幅方向の厚さを均一にするには、これらのチョーク調整ボルトを操作し、チョーク部の隙間を、各チョーク調整ボルトの配置部位毎に調整する。

また、複数の押出機から供給される溶融樹脂材料を多層に積層して合流させるフィードブロックと単層型Ｔダイとを組合わせて多層のシート・フィルムを成形するフィードブロック方式の多層シート・フィルム成形において、フィードブロック本体にヒータを埋め込み、ヒータ加熱によって各層の溶融樹脂流路における溶融樹脂の粘性特性を変えて、各層の積層境界面での速度差のずれによるフローマーク等の不良現象や、その不良現象に起因する幅方向の厚さむらを低減できる多層押出成形方法および装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−３０９７７０号公報

各チョーク調整ボルトを回してチョークバーの移動量を変えて行うチョーク部隙間調整は、数本のチョーク調整ボルトピッチ毎にチョークバーを曲げて、その形状でチョーク部隙間を変える程度で、狭いピッチでの微細なチョーク部隙間調整は困難であり、狭いピッチでの厚さ調整を行うことができない。

フィードブロック方式の多層シート・フィルム成形において、ヒータ加熱によって各層の溶融樹脂流路における溶融樹脂の粘性特性を変え、溶融樹脂の流速調整を行うものは、一本の棒状ヒータでフィードブロック幅方向全体を一様に加熱するものであり、各層の溶融樹脂が合流する積層境界面における不良現象を低減することを意図しており、ダイス幅方向の厚さ制御を行うことはできない。

この発明が解決しようとする課題は、ダイス幅方向の厚さ制御を的確に行い、高精度な厚さの多層フィルム・シートを成形することである。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスは、複数個の溶融樹脂流路を有する多層フィルム・シート成形用ダイスにおいて、前記複数個の溶融樹脂流路の各々の近傍部に、ダイス幅方向に延在するヒータ収容孔が形成され、前記ヒータ収容孔に、ダイス幅方向に分割されて個々に温度調整可能な複数個のヒータエレメントが設置されている。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスは、好ましくは、複数個のヒータエレメントの各々に温度センサが設けられている。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスは、好ましくは、前記複数個のヒータエレメントは、各々、スリーブ形状をなし、互いに隣接するもの同士で断熱スリーブを挟んで同軸接続され、全体で見て一つの筒状ヒータをなしている。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスは、好ましくは、さらに、前記筒状ヒータの中空筒部に、ダイス幅方向に複数個の冷却媒体噴口を形成された冷却媒体供給パイプが挿入配置されている。

この発明による多層フィルム・シート成形方法は、上述の発明による多層フィルム・シート成形用ダイスを用い、当該多層フィルム・シート成形用ダイスの各溶融樹脂流路毎の複数個のヒータエレメントの温度を個別に制御し、各溶融樹脂流路における溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を制御する。

この発明による層フィルム・シート成形方法は、上述の発明による多層フィルム・シート成形用ダイスを用い、当該多層フィルム・シート成形用ダイスの少なくとも二つの溶融樹脂流路には同一の押出機より溶融樹脂を供給し、その溶融樹脂流路の各々の近傍部のヒータ収容孔に設置されている複数のヒータエレメントの各ヒータ収容孔単位の平均温度を相互に制御する。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスによれば、ダイス幅方向に延在するヒータ収容孔に設置されている、ダイス幅方向に分割された複数個のヒータエレメントを個々に温度調整することにより、溶融樹脂流路の壁面温度がダイス幅方向に見て一つのヒータエレメントの軸長を最小単位として調整され、この温度調整によって溶融樹脂流路を流れる溶融樹脂の粘性が変化し、このことに応じて溶融樹脂流路を流れる溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布が変化する。これにより、各層のフィルム・シート厚さがダイス幅方向に見て一つのヒータエレメントの軸長を最小単位として制御され、高精度な厚さの多層フィルム・シートが成形可能になる。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスを３層フィルム・シート成形用ダイスに適用した一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

本実施形態の多層フィルム・シート成形用ダイスは、マニホールドブロック１０Ａとリップブロック１０Ｂとの結合体による金属製のダイス本体１０を有する。

マニホールドブロック１０Ａには、図で見て左右両側に外層用樹脂入口孔１１、１２が、中央部に一つの内層用樹脂入口孔１３が形成されている。また、マニホールドブロック１０Ａには、各々ダイス幅方向に長い二つの外層用マニホールド部１４、１５と一つの内層用マニホールド部１６が形成されている。外層用樹脂入口孔１１、１２、内層用樹脂入口孔１３は、各々、ダイス幅方向中央部において、外層用樹脂入口流路１１、１２、内層用樹脂入口流路１３に連通している。

マニホールドブロック１０Ａおよびリップブロック１０Ｂは、外層用マニホールド部１４、１５、内層用マニホールド部１６の各々の出口側に個別に連通するダイス幅方向に長い外層用溶融樹脂流路１７、１８、内層用溶融樹脂流路１９を形成している。この各層の溶融樹脂流路１７〜１９は、マニホールド部１４〜１６と同様に、ダイス幅方向に長く、合流部２０において一つに合流する流路形状に形成されている。

合流部２０は、内層用溶融樹脂流路１９の途中に存在し、左右の外層用溶融樹脂流路１７、１８が、各々、中央の内層用溶融樹脂流路１９に両側から合流する流路構成になっている。内層用溶融樹脂流路１９はダイス先端側においてリップブロック１０Ｂの先端面に開口しているダイス幅方向に長いダイス出口２１に直接連通している。ダイス出口２１は、リップブロック１０Ｂに形成されたリップ部２２、２３とにより、ダイス幅方向に長いスリット状に画定されている。

リップブロック１０Ｂには、ダイス幅方向に所定のピッチで、複数個のリップ調整ボルト２４、２５が取り付けられている。このリップ調整ボルト２４、２５を回すことによって、各リップ調整ボルト２４、２５毎にリップ部２２、２３を弾性変形させ、ダイス出口２１の幅方向の任意の位置のリップ隙間を調整できるようになっている。また、リップ調整ボルト２４には、金属筒にヒータ線を巻き付けたヒートスリーブ２６が取り付けられている。ヒートスリーブ２６は、発熱によって自身の金属筒が熱膨張し、リップ調整ボルト２４を介してリップ部２２を弾性変形させ、ダイス出口２１の幅方向の任意の位置のリップ隙間を微量調整できるようになっている。

外層用溶融樹脂流路１７、１８の途中には、各々、可動チョークバー３１、３２が流路幅を増減する方向に可動配置されている。これにより、可動チョークバー３１、３２は、外層用溶融樹脂流路１７、１８の途中に可変のチョーク部３３、３４を構成する。

ダイス本体１０には、ダイス幅方向に所定のピッチ（２０〜６０ｍｍ程度）で、複数個のチョークボルト（チョーク調整ボルト）３５、３６が配置されている。チョークボルト３５、３６は、各々、先端にて可動チョークバー３１、３２に接続され、回されることにより、可動チョークバー３１、３２を流路の間隙（間隔）を増減する方向に移動させ、チョーク部３３、３４の隙間調整を行う。

外層用溶融樹脂流路１７、１８のチョーク部３３、３４より合流部２０側の両側近傍には、各々、ダイス幅方向に延在（貫通）するヒータ収容孔４１、４２が形成されている。

対をなすヒータ収容孔４１は外層用溶融樹脂流路１７を挟んで当該外層用溶融樹脂流路１７の両側近傍にあり、このヒータ収容孔４１の各々に筒状ヒータ５０が軸線方向（ダイス幅方向）に貫通するように挿入されている。筒状ヒータ５０は、図２に示されているように、個々に温度調整可能な複数個のスリーブヒータ（ヒータエレメント）５１をセラミックス等による断熱スリーブ５２を挟んで軸線方向に同軸接続したものであり、筒状ヒータ５０がヒータ収容孔４１に挿入されることにより、各スリーブヒータ５１がダイス幅方向に分割されて配置されて個々に温度調整可能なヒータエレメントをなす。

換言すると、複数個のヒータエレメントは、各々、スリーブ形状をなし、つまりスリーブヒータ５１によって構成され、互いに隣接するもの同士で断熱スリーブ５２を挟んで同軸接続され、全体で見て一つの筒状ヒータ５０をなしている。

筒状ヒータ５０を構成する複数個のスリーブヒータ５１の各々には、熱電対等による温度センサ５３が設けられている。これにより、複数個のスリーブヒータ５１の温度を、各々個別に検出することができる。

なお、図２において、符号５７は筒状ヒータ５０の中空筒部５４に通されたスリーブヒータ５１のリード線、符号５８は筒状ヒータ５０の中空筒部５４に通された温度センサ５３を示している。リード線５７は各スリーブヒータ５１毎に、リード線５８は各温度センサ５３毎に設けられるが、図２では、図示の繁雑化を避けるため、最右側のスリーブヒータ５１、温度センサ５３について図示している。

筒状ヒータ５０の中空筒部５４には冷却媒体供給パイプ５５が軸線方向（ダイス幅方向）に貫通するように挿入配置されている。冷却媒体供給パイプ５５にはダイス幅方向に複数個の冷却媒体噴口５６が形成されている。冷却媒体供給パイプ５５の端部には冷却エアー供給リップル５９が接続されている。これにより、冷却媒体供給パイプ５５に冷却エアーが供給され、冷却媒体供給パイプ５５に供給された冷却エアーは、各冷却媒体噴口５６より中空筒部５４内に噴射され、中空筒部５４内の冷却を行う。

ダイス幅方向に分割配置された複数個のスリーブヒータ５１を個々に温度調整することにより、外層用溶融樹脂流路１７の壁面温度がダイス幅方向に見て一つのスリーブヒータ５１の軸長を最小単位として調整され、この温度調整によって外層用溶融樹脂流路１７を流れる溶融樹脂の粘性が変化し、このことに応じて外層用溶融樹脂流路１７を流れる溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布が変化する。これにより、外層用溶融樹脂流路１７の溶融樹脂によるフィルム・シート厚さがダイス幅方向に見て一つのスリーブヒータ５１の軸長を最小単位として制御され、ダイス幅方向に高精度な厚さの外層の成形が可能になる。

つまり、外層用溶融樹脂流路１７の複数個のスリーブヒータ５１の発熱温度を個別に制御することにより、外層用溶融樹脂流路１７における溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を制御することができる。

また、対をなすヒータ収容孔４２は外層用溶融樹脂流路１８を挟んで当該外層用溶融樹脂流路１８の両側近傍にあり、このヒータ収容孔４２の各々に筒状ヒータ６０が軸線方向（ダイス幅方向）に貫通するように挿入されている。筒状ヒータ６０は、図２に示されている筒状ヒータ５０と同じものであり、中空筒部に冷却媒体供給パイプ５５と同じ冷却媒体供給パイプ６５を配置されている。

これにより、外層用溶融樹脂流路１８においても、外層用溶融樹脂流路１７と同等の作用、効果が得られる。

また、内層用溶融樹脂流路１９の内層用マニホールド部１６側の両側近傍には、各々、ダイス幅方向に延在（貫通）するヒータ収容孔４３が形成されている。対をなすヒータ収容孔４３は内層用溶融樹脂流路１９を挟んで当該内層用溶融樹脂流路１９の両側近傍にあり、このヒータ収容孔４３の各々にも筒状ヒータ７０が軸線方向（ダイス幅方向）に貫通するように挿入されている。筒状ヒータ７０も、図２に示されている筒状ヒータ５０と同じものであり、中空筒部に冷却媒体供給パイプ５５と同じ冷却媒体供給パイプ７５を配置されている。

これにより、内層用溶融樹脂流路１９においても、外層用溶融樹脂流路１７と同等の作用、効果が得られる。

上述の構造によれば、次のような効果が得られる。

（１）ダイス幅方向に延在するヒータ収容孔４１、４２、４３に、複数個のスリーブヒータ（５１）を同軸接続してなる一本の筒状ヒータ５０、６０、７０を挿入する構造であるから、ヒータ構造が簡単で、ヒータ設置のためのダイス本体１０の加工も楽になる。

（２）スリーブヒータ（５１）の使用により中空筒部（５４）ができ、これが熱の逃げ道になり、各スリーブヒータ（５１）の発熱によるダイス幅方向の温度差を付け易くなる。これにより、溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を的確に制御設定できるようになる。このことは、各スリーブヒータ（５１）が互いに隣接するもの同士で断熱スリーブ（５２）を挟んで接続されていることにより、更に、顕著になる。

（３）各スリーブヒータ（５１）の温度を温度センサ（５３）によって個別に検出することができるので、各スリーブヒータ（５１）の温度制御を、フィードバック補償方式によって高精度に行うことができる。

（４）冷却媒体供給パイプ５５、６５、７５に供給された冷却エアーが冷却媒体噴口（５６）より中空筒部（５４）内に噴射され、中空筒部（５４）内の冷却が行われることにより、各スリーブヒータ（５１）の発熱によるダイス幅方向の温度差を更に付け易くなると共に、静定時間が短く、応答性よく壁面温度調整を行うことができる。これにより、溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を更に的確に制御設定できるようになる。また、この冷却により、外層用溶融樹脂流路１７の壁面温度の調整可能範囲が拡大され、溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布の調整可能範囲が拡大される。

これらのことにより、運転条件が違った場合や、樹脂品種が変わっても、高精度の厚さの多層フィルム・シートが成形可能になる。

一つの多層フィルム・シート成形方法として、上述の構造によるダイスを用いて、外層用溶融樹脂流路１７、１８、内層用溶融樹脂流路１９の各溶融樹脂流路毎の複数個のスリーブヒータ（５１）の温度を個別に制御し、各溶融樹脂流路における溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を制御する方法がある。

内層が樹脂Ａ、内層の両側の外層が樹脂Ｂによるサンドウィッチ構造の多層フィルム・シート成形においては、図１に示されているように、内層用樹脂入口１９に押出機１００Ａに接続して押出機１００Ａより内層用樹脂入口１９に溶融樹脂ａが供給されるようにし、外層用樹脂入口１１、１２には共通の押出機１００Ｂを接続して押出機１００Ｂより外層用樹脂入口１１、１２に溶融樹脂ｂが供給されるようにする。

この多層フィルム・シート成形においては、外層用溶融樹脂流路１７、１８の各々の近傍部のヒータ収容孔４１、４２に設置されているヒータエレメントの各ヒータ収容孔単位の平均温度、つまり、筒状ヒータ５０の平均温度と筒状ヒータ６０の平均温度を相互に制御する。この制御により、外層用溶融樹脂流路１７と１８を流れる溶融樹脂ｂの流量比が変化し、内層の両側に成層される二つの外層の厚さ（厚さ比）を相互に変更できる。

この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスを３層フィルム・シート成形用ダイスに適用した一つの実施形態を示す縦断面図である。 この発明による多層フィルム・シート成形用ダイスに組み込まれる筒状ヒータの一つの実施形態を示す部分的な拡大断面図である。

符号の説明

１０ ダイス本体
１０Ａ マニホールドブロック
１０Ｂ リップブロック
１１、１２ 外層用樹脂入口流路
１３ 内層用樹脂入口流路
１４、１５ 外層用マニホールド部
１６ 内層用マニホールド部
１７、１８ 外層用溶融樹脂流路
１９ 内層用溶融樹脂流路
２０ 合流部
２１ ダイス出口
２２、２３ リップ部
２４、２５ リップ調整ボルト
２６ スリーブヒータ
３１、３２ 可動チョークバー
３３、３４ チョーク部
３５、３６ 中空チョークボルト
４１、４２、４３ ヒータ収容孔
５０ 筒状ヒータ
５１ スリーブヒータ
５２ 断熱スリーブ
５３ 温度センサ
５４ 中空筒部
５５ 冷却媒体供給パイプ
５６ 冷却媒体噴口
５７、５８ リード線
５９ 冷却エアー供給リップル
６０ 筒状ヒータ
６５ 冷却媒体供給パイプ
７０ 筒状ヒータ
７５ 冷却媒体供給パイプ
１００Ａ、１００Ｂ 押出機

Claims (6)

1. 複数個の溶融樹脂流路を有する多層フィルム・シート成形用ダイスにおいて、
   前記複数個の溶融樹脂流路の各々の近傍部に、ダイス幅方向に延在するヒータ収容孔が形成され、前記ヒータ収容孔に、ダイス幅方向に分割されて個々に温度調整可能な複数個のヒータエレメントが設置されている多層フィルム・シート成形用ダイス。
2. 複数個のヒータエレメントの各々に温度センサが設けられている請求項１に記載の多層フィルム・シート成形用ダイス。
3. 前記複数個のヒータエレメントは、各々、スリーブ形状をなし、互いに隣接するもの同士で断熱スリーブを挟んで同軸接続され、全体で見て一つの筒状ヒータをなしている請求項１または２に記載の多層フィルム・シート成形用ダイス。
4. 前記筒状ヒータの中空筒部に、ダイス幅方向に複数個の冷却媒体噴口を形成された冷却媒体供給パイプが挿入配置されている請求項３に記載の多層フィルム・シート成形用ダイス。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の多層フィルム・シート成形用ダイスを用い、当該多層フィルム・シート成形用ダイスの各溶融樹脂流路毎の複数個のヒータエレメントの温度を個別に制御し、各溶融樹脂流路における溶融樹脂のダイス幅方向の流量分布を制御する多層フィルム・シート成形方法。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の多層フィルム・シート成形用ダイスを用い、当該多層フィルム・シート成形用ダイスの少なくとも二つの溶融樹脂流路には同一の押出機より溶融樹脂を供給し、その溶融樹脂流路の各々の近傍部のヒータ収容孔に設置されている複数のヒータエレメントの各ヒータ収容孔単位の平均温度を相互に制御する多層フィルム・シート成形方法。
   

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