JP2008509030A - 引裂き案内領域を有するフィルムを製造する装置および方法ならびに引裂き案内領域を有する押出成形フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】引裂き案内領域を有するフィルムを製造する装置を提供する。
【解決手段】この装置は、使用時に、押出可能材料（８）を押出軸に沿って強制的にダイ（１４）に通し、押出フィルムを形成するように適合される押出成形装置を含む。押出成形装置は、そこから押し出されるフィルム内に、少なくとも一つの主領域（７４、７６）と少なくとも一つの引裂き案内領域とを備えるように、引裂き案内領域を形成する手段を有する。引裂き案内領域を形成する手段は、引裂き案内領域が主領域より小さい押出断面積を有し、押出軸に対して横に印加される力が引裂き案内領域内において主領域よりも高い応力となり、フィルム内の裂け目が優先的に引裂き案内領域に沿って伝播するように、適合されている。この発明は、そのようなフィルムを製造する方法および押出成形されたフィルムも提供する。
【選択図】図５ａ

Description

この発明は、フィルム内に引裂き案内領域を製造する方法および装置に関し、特に、フィルム内部に微小細管内孔を含んでなる引裂き案内領域を製造する方法および装置に関する。この発明は、引裂き案内領域を有する押出成形フィルムにまで及ぶ。

合成ポリマーを、軟状態または溶融状態において、ダイ内のオリフィスを通過させることにより長手のフィルムを形成することは、公知である。このようなプロセスは、押出成形として知られ、広範囲な材料、例えば、流体または可鍛状態から固体状態への物理的、化学的または結晶学的変化をする材料に適用可能である。したがって、この押出プロセスは、化学反応をして固体硬化製品を形成する材料、水もしくは他の物質がそこから蒸発することによるか、水もしくは他の物質を吸収することによるかして乾燥し、異なる結晶形状もしくは形態学的形状になる材料、または冷却により凝固する溶融状態のもしくは熱可塑性の材料に適用することができる。この押出プロセスは、とりわけポリエチレン、ポリプロピレンおよびそれらの合金または混合物といったポリアルキレン樹脂等の熱可塑性ポリマーの押出成形における特殊な応用である。便宜上、この発明を、以下、ポリマーの押出成形という観点から説明する。押出物という用語は、ここでは、圧力をかけてダイのオリフィスを通して押し出すことができる、粘性体、可鍛性体、流動体または半流動体の形で存在可能な材料の全てを総称するために使用し、可鍛という用語は、そのような材料が押し出される際の物理的状態を表すために使用する。

典型的には、押し出される材料は、押出成形装置のバレルとして知られる円筒管に微粒固体として供給され、回転するスクリュードライブもしくはオーガー、往復運動するラムまたは他の前進搬送手段によりバレルに沿って供給される。必要であれば、バレルを加熱または冷却して、バレルを通る材料の流れに最適な温度にバレル内の材料を維持することができる。材料は、バレルの終端にあるオリフィスに強制的に通され、そのオリフィスは、典型的には、工具鋼または他の耐磨耗材から作られ、断面形状寸法が製造される物の形状寸法に実質的に対応する細まり口を有する交換可能なダイである。典型的には、バレルの下流に押出物の流路を形成する長手内孔(bore)の断面は、それがダイのオリフィスの形になるまで累進的に変化する。このような変化は、スムーズに生ずるのが望ましく、内孔の端部は、実質的に一様で内孔の下流端に位置するオリフィスの断面に対応する断面とすることができる。便宜上、ダイという用語は、以下、押出物がバレルの下流に流れる際に通過する押出装置の部分を表すために使用し、ダイ孔という用語は、押出物が流れるダイ内部の通路を表すために使用する。ダイ出口という用語は、押出物がダイ孔の下流端から流れ出る際に通るオリフィスを表すために使用する。ダイは、一体部材として形成することができ、ダイ孔およびダイ出口は機械加工その他により単一の金属部品として形成される。あるいはまた、ダイは、複数片として形成して、終端部分の一片または複数片を交換するだけで、ダイ出口の形状、したがって製品の形状を変更可能とすることができる。

押出成形プロセスを使用してフィルムを生成することができるが、所定の経路に沿って材料フィルムを正確に引き裂き可能であることが望ましい場合が多い。これは、特に、引きちぎったり不正確に引き裂いたりして包装の中身を零すことなく、包装を簡単にかつきれいに開封できることが望ましいような包装の場合に当てはまる。そのような包装としては、例えば、種、スナック菓子等の包装がある。そのような包装を所定の経路に沿って確実に引き裂き可能であれば、製造者は、ユーザが開封の際に零すことを恐れることなく、包装内部の空間をより効率的に使用することができる。

場合によっては、フィルム製品の複数領域を互いに分離できることも望ましい。例えば、プラスチック袋を、端と端で互いにつながった複数の袋で出来たロールとして提供することができる。一つの袋をそのロールから分離するため、ユーザは、分離すべき袋と残りのロール部分との間の線に沿って引き裂かなければならない。引き裂きが正確でない場合、袋は、使えなくなって無駄となることもある。

複数の品目を、フィルム材料の帯片に予め個々に包装することも公知である。したがって、個々の品目を使用前にその帯片から容易に分離できることが望ましい。このように包装される品目には、医療品のような滅菌品や使い捨て品がある。フィルムの複数領域を、フィルムの長手の一部のみに沿って互いから正確に分離できることも望ましい。

押出成形されたフィルムに、押出成形後のプロセスで脆弱領域を導入することが公知であり、脆弱領域は所定の経路に沿って導入されている。脆弱領域は、その脆弱領域とともに、したがって所定の経路に沿って、裂け目が優先的に伝播することにより、引き裂きを容易にする。

公知の押出成形後のプロセスには、所定の経路に沿ってフィルムに開けたミシン目を生成するものが含まれる。それは、前記経路に沿って脆弱領域を生成するもので、その経路に沿ってフィルムが優先的に裂ける。脆弱領域は、刃、レーザーまたは他の同様な引裂き案内領域を生成する装置を使用してフィルムに切り目を入れることにより、生成することもできる。

この発明の目的は、フィルム内に引裂き案内領域を生成する、より便利な方法を提供することである。

この発明によって、引裂き案内領域を有するフィルムを製造する方法が提供されるが、その方法は、押出可能材料を押出軸に沿って強制的にダイに通し、押出軸に実質的に平行な第一の軸の方向に長さを有する押出フィルムを形成する押出成形装置を使用するステップを含んでなり、当該押出成形装置は、フィルムが少なくとも一つの主領域と少なくとも一つの引裂き案内領域とを備えるように、フィルム内に引裂き案内領域を形成する手段を含み、当該引裂き案内領域は、主領域より小さい押出断面積を有し、第一の軸に対して横に印加される力が引裂き案内領域内において主領域よりも高い応力となり、フィルム内の裂け目が優先的に引裂き案内領域に沿って伝播するようになっている。

押出成形プロセス中に引裂き案内領域を導入することにより、最終製品を生成するために必要な処理工程の回数が減り、したがって最終製品の製造の時間および全体コストが同様に減少すると思われる。

押出フィルムという用語は、互いに実質的に直角である長さおよび幅の次元と、長さおよび幅の次元の両方に対して実質的に垂直である厚さの次元を有する押出製品を意味するために使用する。フィルムの幅と長さは、典型的には厚さの少なくとも１０倍大きい。引裂き案内領域におけるフィルムの断面積の減少は、フィルムの厚さの低減によってもよいし、またはフィルムの厚さの一部を流体（気体または液体）で置換することによってもよい。

引裂き案内領域は、押出成形工程中の任意の適切な段階で形成することができるが、引裂き案内領域は、ダイ出口以降の工程がフィルムに実施される前に形成されることが好ましい。したがって、引裂き案内領域を生成する手段は、ダイの内部に位置するか、またはダイの一部を形成するかして、フィルムがダイを出るときに引裂き案内領域が生成されることが好ましい。これは、典型的なダイ出口以降の工程、例えばドローダウン(drawdown)工程が、引裂き案内領域を含むフィルムに作用して、フィルムの寸法または形状の任意の変化が、それに対応して引裂き案内領域の大きさと形状を変えることを意味する。ダイ出口以降の工程には、ドローダウン、着色、冷却または他の工程が含まれてもよい。

引裂き案内領域を形成する手段は、ダイ出口の所またはダイ出口に隣接して押出可能材料の流れに対する制限部を備えていてもよく、それにより、押出物が優先的に制限部を廻って流れ、もって必要とされるように押出フィルム内に押出物の厚さが減じられた領域を流れの内部に形成することができる。

押出物の流れに対する制限部は、フィルムが押し出される際にフィルム内に厚さの減じた領域を製造するダイの狭窄部を備えていてもよい。好ましくは、ダイ出口は、押出フィルムが実質的に長方形断面を有するように、長壁と短壁を有する実質的に長方形である。ダイ出口の狭窄部は、長壁の一つまたは両方から押出可能材料の流れの中への突起を備えていてもよい。突出部は、フィルムの厚さを減じるのに適切な形状を作るので三角形であってもよく、そのような形状は、ダイ出口の内部に作成するのが比較的簡単である。他の形を突起として使用することもでき、例えば、急激な厚み変化を作ることになる長方形も使用できるであろうことを理解すべきである。

押出物の流れに対する制限部は、押出可能材料の流れ内に位置して、押出可能材料が障害物を廻って流れることができるように上流で支持されている障害物を備えていてもよい。その結果、フィルムの厚さの減少は、フィルムの片面のみではなく両面に有意な凹みが出来ることで構成される。ダイ壁面の突起で同様な結果を得るには、向き合った壁面から突き出た実質的に等しい形状および寸法の二つの突起が必要であろう。

このような引裂き案内領域は、多くの潜在的な用途を有することが想定できる。例えば、フィルム内に一対の平行な引裂き案内領域を使用すると、包装に切取り片や切外し片を提供できることが提案されている。切外し片を使用すると、それを外したとき、包装の内部へのアクセスが可能となる。

引裂き案内領域は、密閉した袋の内部へのアクセスを提供するために使用することができる。袋は、典型的には、フィルム材料で、引裂き案内領域を含む頂部を設けて形成され、引裂きが所定の経路に沿って案内される。そのような案内を設けることにより、ユーザが袋を引きちぎって内容物を零す可能性を低減する。引裂き案内領域は、袋の片側または両側に設けることができる。引裂き案内領域が片側のみに設けられた場合は、片側で案内される引裂きが他方の側での引裂きをも案内することが想定される。このことは、袋だけでなく、同時に２枚以上のフィルム層を引き裂くことが望ましいあらゆる場合に当てはまる。

食料品等の品目を覆うためにフィルムがしばしば使用される。適切なフィルムストックのロールから、所望の長さのフィルムを外すことができれば望ましい。フィルムストック内に配置した引裂き案内領域により、所定の経路に沿ってフィルムを確実に引裂くことができ、フィルムストックの正確な引裂きが可能である。そのような引裂き案内領域は、フィルムストックの長さ方向に沿った間隔で配置してもよく、そうすれば、ユーザは必要な長さのフィルムを提供する引裂き案内領域の所でフィルムをちぎることができる。

複数の品目を、フィルムの単一の帯片の内部に個々に密閉し、ユーザが必要に応じて帯片から一つまたは複数の品目を分離できるように引裂き案内領域を使用してもよい。

引裂き案内領域の押出物断面は、主領域内の押出物断面より、少なくとも２０％小さいことが望ましい。好ましくは、引裂き案内領域の押出物断面は、主領域内の押出物断面より少なくとも５０％、とりわけ７０％〜９０％小さい。

一辺がダイ出口の長壁上にあり、頂点がダイ出口の中へ突き出た、実質的に三角形状の突起が使われる場合、突起の幅は、突起の高さと似通った寸法であることが好ましい。

障害物を使用して押出可能材料の流れを制限する場合、障害物は、その障害物の下流側に位置する流体出口を含んでいて、流体が前記出口を通って流れて押出可能材料の流れに入るようになることが望ましい。流体出口は、流体タンクに接続され、その流体タンクから流体が出口へと流れて、押出可能材料の流れに入ることができる。流体は、出口での流体内の圧力より大きな圧力で押出可能材料の流れの中へ注入することができるが、押出可能材料が障害物の周りを流れ、材料流により障害物の下流側で生じる減圧により、流体が出口から引き出されて流れに取り込まれるように、流体出口を配置することが望ましい。出口から引き出された流体は、フィルム内に取り込まれ、流体で満たされた長手内孔をフィルム内に形成することが望ましい。この内孔は、次いで真空にし、密閉することも可能である。典型的には、フィルム内部の押出フィルム内孔のドローダウン(drawdown)の後で、内孔は、厚みが１０００〜３００マイクロメートルのフィルム内に５００〜５０マイクロメートルの範囲の直径を有する。タンクから内孔の中に取り込まれた流体は、気体または液体とすることができ、多くの異なる目的を果たすことができ、それらのいくつかを以下で説明する。上述のように、流体は、押出可能材料の流れに引き込まれることが好ましいが、必要とあれば、例えば引き込まれる流体が粘体である場合は、流れの中へ強制的に送り込んでもよいということを、理解すべきである。さらに、そのようないかなる障害物も、引裂き案内領域が実質的に押出軸と平行になるように実質的に静的であってもよいということを、理解すべきであるが、一つまたは複数の障害物が押出軸に対して横方向に、好ましくは押出軸に実質的に直角に移動できるようにすることもできて、それによりフィルム内部の引裂き案内領域の位置を調整することができるし、引裂き案内領域が実質的に直線をなす必要もないということを、理解すべきである。

押出可能材料の流れ内に流体を引き込むことにより、フィルムの引裂き抵抗を有意に増加させることなく、押出フィルムを通して断面内の少なくともいくらかの押出可能材料を流体で置換することができる。フィルムの厚さは、引裂き案内領域内において実質的に不変のままでもよく、これは、押出物の断面積が所与の減少をするためにフィルムの外側表面が崩れることを大幅に減じ、場合によっては、実質的に解消しながら、その領域の引裂き案内特性を維持することを意味する。

これは、所望の引裂き案内領域を設けていながら、フィルムに対する改善された表面仕上げを達成できることを意味する。

流体出口を含む障害物は、ダイ出口の上流でダイの内部に、ダイ出口の所にもしくはダイ出口に隣接して、またはダイ出口の下流に位置させることができる。押出可能材料の流れ内における出口の正確な位置は、ダイ出口の幾何学的形状、障害物の大きさおよび形状、押出可能材料の流速、ならびにフィルムおよび引裂き案内領域の所望の特性に依存する。所与の所望の結果を得るための適切な出口の大きさと位置は、試行錯誤により容易に決定することができる。

障害物は、好ましくは、針の形状で、針の長軸が押出軸と一致していて、針の下流端には流体タンクに接続された流体出口がある。針形状の障害物は、ダイの内部で押出可能材料の流れに対して小さい抵抗を呈するので、材料の流れを阻害せず、それにより特に、引き込んだ流体の安定した長手内孔の形成を容易にする。

そのような複数の針は、ダイの内部に設けて、複数の引裂き案内領域を含む押出フィルムを生成できるようにすることが可能で、それによりフィルムの複数の主領域を互いに分離することができる。

流れの内部のいかなる流体出口も、押出し成形中に選択的に流体タンクへの結合、または結合の解除ができる手段を含んでもよく、そうすると、フィルム内の長手内孔を開始せせたり終了させたりすることができる。この要領で、ミシン目穴がフィルムを完全に貫通するようなことなく、内部に「穿孔された」引裂き案内領域を生成することができる。これは、従来のミシン目と同様の外見と感触を維持しつつ、気密被覆を施す際に使用され得るフィルムとして有用である。

押出成形の間にフィルムの中へ多くの異なる流体を導入できることを、上述した。任意の流体を使用することができるが、以下に示す流体が、特に有利な結果をもたらすと考えられる。

香料や香水を引裂き案内領域に挿入して、フィルムを引裂いたときに香りが放出されるようにすることができる。これは、内孔を満たすためにはごく少量の香料しか必要としないので、パッケージを開封したときに香りが放出されるように、香水のサンプルなどを包装する場合に特に有用である。内孔は、各端を密閉することにより気密にして、香りの揮発を回避することもできる。

例えば、食品包装または高価品託送物に不法開封防止用封止を生成するために、染料を含ませることもできる。封が破られた場合、染料がこぼれ、封がいじられたことが明白となる。

ダイ出口の内部に複数の針が含まれる場合、それらは、異なる形状であってもよいし、または異なる大きさの出口内孔を有してもよく、それにより、作られた内孔が異なる用途を持つことができる。複数の細管長手内孔を含むにおいて、細管内孔のいくつかが流体の流路として使用され、他のものが引裂き案内領域として使用されてもよく、そうすれば、引裂き案内領域に沿って引裂くことにより複数流路を分けられることが想定できる。これにより、フィルムの中心のある長さ部分に原形を保たせ、確実に流体の経路がきれいに保たれ、ねじれたり損傷したりしないようにするのに役立てることができる。フィルムの終端領域内の流路を分離して、分離した流路を各々の流体源および移送先に接続することができる。

フィルムは、繊細な物体の包装に使用する泡状フィルムであってもよく、異なる長さに容易に裂ける必要があることも想定できる。

複数の針から生成された複数の内孔は、全てが同じ寸法でもよいが、いくつかを引裂き案内として使用し、他のものを流体経路として使用できることを、理解すべきである。

それでは、この発明を、添付図面を参照しながら、例としてさらに説明する。

図１は、引裂き案内領域を有する押出フィルム製品２を生成するための押出成形装置１を示す。押出成形装置は、モータ６により駆動されるスクリュー押出機４を備えている。押出可能材料８が、ホッパ１０を通して押出スクリュー４に供給される。押出可能材料が押出スクリュー４を通過する際に、材料は、溶解されて溶融物（図示せず）を形成する。押出スクリュー４は、溶融物をギアポンプ１２に供給し、ギアポンプ１２は、ダイ１４に向けて溶融物の流れを実質的に一定に維持する。ギアポンプ１２は、溶融物の流れから不純物を除去するスクリーンフィルタを含むフランジ１６によって、押出スクリュー４に接続されている。モータ６は、ギアポンプの入口とモータ６との間の圧力フィードバックループ１８を使用して制御される。

溶融物は、フランジ２２によりギアポンプに接続された押出バレル２０を通ってダイ１４へと移動する。この実施態様では、押出バレルは、９０°の曲がり部２４を含む。バンドヒータ２６が、押出成形装置１内の異なる段階において温度を制御するために使用される。バンドヒータ２６は、押出機の内部にでも、フランジ１６、２２にでも、ギアポンプ１２にでも、押出バレル２０およびダイ１４にでも設置してよい。

ダイ１４の配置構成の詳細を、後続の図でより詳細に示す。

溶融物は、ダイ１４を通過して、所望の形状および断面を持つように形成される。溶融物がダイ出口から出てくると、押出物２８になる。押出物２８は、引き下ろされてローラ３０を越えておよびローラ３０の間に引き出される。引き出しプロセスが、押出物２８の断面を変形させ、押出製品２を形成する。引き出し長（Ｌ）２９は、オリフィスと第一ローラ３０との間で定義される。Ｌがこの装置で形成される押出製品２に対して多大な影響を及ぼすことが分かっている。

図２は、図１のダイ１４を通る断面の概略を示す。ダイは、入口部３２、収束部３４および、所定の外形を有するダイ出口３６を含む。溶融物は、ダイ１４の入口部３２に入り、収束部３４により徐々に形付けられて、出口３６から出る。

ダイ１４は、さらに、その中に位置決めされた針３８（この図では、そのうちの一つのみを示す）を含む。針３８は、その中に導管４２を有するボディ部４０を含む。導管４２は、ダイ１４の壁を通り抜ける第二の導管４３により流体源４４に流体連通しており、溶融物はその周りを流れてオリフィス３６へと移動しなければならない。針３８は、さらに、針３８の終端４８に出口４６を含む。針３８は、出口４６がダイ出口３６内に位置するように配置されている。

図３は、下方から見たダイ１４の概略図である。この図は、オリフィス３６が実質的に長方形の外形を有することを示している。オリフィスは、短軸５１に実質的に平行な短辺５０と、長軸５３に実質的に平行な長辺５２とを有する。

この例では、ダイは、１０個の針３８を含んでおり、その出口４６がオリフィス内に長軸５３に沿って実質的に等間隔に配され、短軸５１の方向にオリフィス内で実質的に中央に配されている。この例では、ダイオリフィスは、短辺の寸法が１．５ｍｍ、長辺の寸法が１８ｍｍである。針の出口４６の寸法は、異なっている。大きい方の出口１４６は、引裂き案内領域を製造するように適合し、小さい方の出口２４６は、流体の導管を製造するように適合している。

図４ａ、４ｂおよび４ｃは、図１のダイに使用できるダイ出口の形状を示す。

図４ａは、長壁５２および短壁５０を有する実質的に長方形のダイ出口１１４を示す。長壁１５２の一方には、三角形の突起６０があり、ダイ出口１１４の中へ突き出て流れ制限部を形成している。押出可能材料がダイ出口１１４から押し出される際に、押出可能材料は、突起６０を廻って流れるように強制される。得られる押出フィルムは、流れに対する制限部のために、押出物の厚さ、したがって断面積が減じられた領域を有することになる。断面積が減じられた領域は、結果として得られる断面の減少が、その領域内を裂け目が優先的に伝播するのに十分であれば、引裂き案内領域として作用する。

図４ｂは、図４ａで示したダイ１１４に類似のダイ２１４を示すが、図４ｂのダイ２１４は、両方の長壁５２から向かい合う三角形の突起６２、６４を有する。これらの突起６２、６４は、図４ａの突起６０と同様に作用するが、得られる押出フィルム製品の両面に凹みができて、押出物の断面積の減少をもたらす。

図４ｃは、図４ａのダイ１１４に類似のダイ３１４を示すが、図４ｃのダイ３１４は、ダイの縁１５２からの突起６０に代わってダイ出口３１４内に障害物６６を有する点で異なっている。障害物６６は、断面が実質的に円形であるが、いかなる形でもよいし、ダイ出口内に実質的に中央に置かれているが、他の位置に置かれることもできる。障害物６６は、図２に示す針３８と類似の要領でダイ出口の上流に支持されている。障害物６６は、押出可能材料の流れに対する制限をもたらし、したがって得られる押出フィルム製品の断面を減じる。

他の形状の障害物または突起も使用できるし、また、一つまたは複数の突起および／または一つまたは複数の障害物の組み合わせも使用でき、障害物は流体出口を含んでいてもいなくてもよい、ということを理解すべきである。

図５ａは、押出フィルム製品７０を通しての断面を示す。この断面は、フィルムの長手に対して実質的に垂直である。フィルム７０は、引裂き案内領域７２および二つの主領域７４、７６を含む。引裂き案内領域７２は、フィルム７０の長手に平行な線に沿って主領域７４、７６より小さな断面積を有する。断面積の減少は、フィルム７０の下面８０における切れ込み７８の結果である。切れ込み７８により、引裂き案内領域７２内で押出物の厚みが減じられる。このようなフィルム７０は、図４ａに示したもののようなダイ１１４を使用すれば製造できる。

図５ｂは、二つの主領域７４、７６と、フィルム１７０の上面および下面に切れ込み１７８を含む引裂き案内領域１７２とを有する押出フィルム製品１７０を示す。このようなフィルム１７０は、図４ｂに示したもののようなダイ２１４を使用すれば製造できる。

図５ｃは、二つの主領域７４、７６と、フィルム２７０の上面および下面に切れ込み２７８を含む引裂き案内領域２７２とを有する押出フィルム製品２７０を示す。この切れ込み２７８は、図６ｂほど明確には画定されていない。このようなフィルム２７０は、図４ｃに示したもののようなダイ２１４を使用すれば製造できる。

図５ｄは、二つの主領域７４、７６と、中に細管内孔９０を含む引裂き案内領域３７２とを有する押出フィルム製品３７０を示す。このようなフィルム３７０は、図４ｃに示したもののようなダイ２１４を使用すれば製造できるが、それは、流体出口を含む障害物６６が設けられていて、例えば空気等の流体を流れ内に引き込むことができれば、可能である。

図６は、細管内孔１９０と流体導管９２とを備えてなる、引裂き案内領域４７２を含む押出フィルム４７０を示す。図示のフィルム４７０は、引裂き案内領域４７２に沿って部分的に引き裂かれて、流体導管９２のいくつかが他のものから分離されている。

模範的プロセスの説明
ポリマー溶解物がスクリュー押出機４で製造され、最終的な流量は、ギアポンプ１２により安定化される。この溶解物は、次いで、針３８からの出口を配置したオリフィス内のダイ１４の中へと供給される。針３８を通る導管４２には、水平に配向された供給導管４３から供給される。供給導管４３の入口は、流体源４４であるダイの外部の大気に開放されている。得られた押出物は、次いで一連のローラ３０を通り越して、引取装置（示さず）の中へ入る。引取装置の速度は、異なる延伸比（絞り比）を有する押出製品２を製造できるように、変更することができる。

ダイ１４は、ダイ１４のオリフィス３６を通過するように、押出機から流入する円形パイプ内に含まれる流れを変更するように設計されている。ダイ１４は、この幾何学的形状変化をもたらす必要があり、これは、現在、先細ダイ１４を使用することにより達成される。

ダイ１４は、針３８を越えて流れる流れが実質的に均一になるようにも設計されている。針３８の周りの均一な溶解物の流れにより、適格な形の押出物２８の生成が容易になる。しかしながら、もし不均一な流れがあると、溶解物は抵抗が最小の経路に沿って優先的に流れる。その結果、歪んだ押出物２８が製造され、ドローダウンの歪みがばらつくことにもなり得る。

このプロセスは、線形低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）を使用して約１６５℃で行われる。モータ６は、２．０７ＭＰａ（３００ｐｓｉ）に設定した圧力フィードバックループ１８を使用して制御され、それにより、ダイ１４内に数バール程度の圧力を生じさせることになる。針３８を越えてポリマーが流れる結果として空気が取り込まれ、この針３８への供給部は大気に開放されたままである。ダイオリフィス３６の所でのポリマー溶解物の速度は、１センチメートル毎秒の程度であり、引取機の速度は０〜９メートル毎秒の間の任意の速度に設定できる。

最終製品に相当大きな影響を及ぼすことが判明したパラメータは、図１に示す距離Ｌ２９であり、ダイ出口と第一ローラ３０との間の距離として定義される。実際、この場合において、第一ローラは水槽に沈めた静止した研磨ステンレス鋼の棒である。

引裂きメカニズム
フィルムの二つの側を手で持って、通常、紙を引き裂く速度で引き離す、フィルムは細管に沿って二つの部分に裂け、二つの部分の縁はかなり真直ぐであることが認められている。しかしながら、フィルムの二つの側を１０ｍｍ／ｓ以下の速度で引き離すと、裂かれたフィルムの二つの部分の縁は、湾曲し、波状端縁になる。

フィルムを引裂くのに必要な力は、引裂きの態様により異なることが判明している。Stable Micro Systems社が製造したテクスチャ・アナライザを使用して、フィルムを引き裂くのに必要な力を測定した。フィルムを素早く引き裂くのに必要な力は、フィルムの一方の端をテクスチャ・アナライザに固締して、他端を手で引くことにより測定した。フィルムをゆっくり引き裂くのに必要な力は、フィルムの両端をテクスチャ・アナライザに固締して、それらを１０ｍｍ／ｓの速さで引き離すことにより測定した。

一本の細管内孔を有するフィルムを素早く引き裂くのに必要な力は、かなり一定であり、２ニュートンに近かった。そのような典型的なフィルムをゆっくり引き裂くのに必要な力は、約１〜９ニュートンの間で変化した。フィルムをゆっくり引き裂くとき、フィルムの二つの側が引き離されつつある領域に、引き伸ばされたフィルムのウェブが形成されることが観察された。ウェブが成長すると、フィルムを引き裂くのに必要な力は増加した。最終的に、ウェブは破断し、力は、急速に低い値まで低下し、新しくウェブが形成されるにつれて、その値から再び増加することになる。

場合によっては、フィルムがゆっくり引き裂かれると、裂け目は、引裂き案内領域から離れて伝播し、フィルムは一方の側へ裂ける。裂け目が確実に引裂き案内細管に沿って伝播するようにするためには、引裂き案内領域内の断面の減少が、予測される引裂き速さおよび引裂き力に対して適切であることが重要である。

引裂きメカニズムにおけるこの差異は、歪みを加える速さに依存して材料の応力／歪み曲線が変化することにより生じることが提唱されている。

また、場合によっては、手で引裂きを開始することが困難で、なんらかの起裂が必要であることが指摘されている。これは、通常、引裂き案内領域に沿ってスリットを形成して、そこから引裂きを開始するようにすることを含む。

理想的には、良好な引裂き特性を得るためには、引裂き案内領域における押出物の狭い領域と主領域における押出物の広い領域との間に急激な変化を設けて、材料の当該主領域が塑性変形し始める前に、応力集中により当該狭い領域が押出材料の破断点に到達するようにする必要がある。

大部分の材料についての応力／歪み曲線には、塑性変形が生じる前に乗り越えなければならない応力障壁がある。理想的には、引裂き案内領域の形状は、予測される引裂き速さにおいて、主領域等の隣接する広い領域における応力が塑性変形のための応力障壁を超えて増加する前に、引裂き案内領域内で応力が材料の破断点に到達するような形状であるのがよい。変化の形、押出材料の断面積の違い、および引裂き速さは、全てが、引裂きの態様に影響を及ぼす。

微小細管の役割
引裂き案内を助けることにおける微小細管の役割をテストするため、三枚のフィルムを同様の条件下で押出成形した。それらのフィルムをＭＣＦ４、ＭＣＦ５およびＭＣＦ６と呼ぶ。ＭＣＦ４は、ダイの出口の上流約１ｍｍに設置した中空針を通して空気を取り込めるようにして、フィルムの中心に一本の微小細管を形成して押出成形した。ＭＣＦ５は、針を閉じて障害物として作用させたことを除いて、ＭＣＦ４と同一条件下で押出成形した。注入針が同一位置にあったので、ＭＣＦ５は、フィルムの中央に類似の狭い領域を呈したが、針が閉じてあったので、微小細管は有しなかった。ＭＣＦ６は、この場合、注入針がダイの出口の上流約４ｍｍに配置されたことを除いて、ＭＣＦ４およびＭＣＦ５と同一の押出パラメータを使用して押出成形された。注入針が開放されてはいたが、注入針をずっと上流に配置したことにより、空気を取り込むのに必要な圧力の低下が生じないので、ＭＣＦ６は、細管を有しなかった。また、針がこのように上流にあると、針はポリマーの流れをさほど阻害しないため、ＭＣＦ６は、フィルムに沿ってより均一な断面を有する。これらの三枚のフィルムは、厚みが約３７５マイクロメートルであった。

引裂き試験において、ＭＣＦ４とＭＣＦ５の双方は、素早く引き裂くと、真直ぐに裂け、ゆっくり引き裂くと、縁が波形になって裂ける。ＭＣＦ６は、決してフィルムの中央に沿って裂けることはなかった。たとえ、フィルム中央に沿って鋭い刃による長い切れ目を入れて裂き始めても、常に片側に裂けた。

素早く裂く場合、ＭＣＦ４は、約３．５ニュートンのかなり一定な力を必要とし、ＭＣＦ５は、約５．０ニュートンのかなり一定な力を必要とした。したがって、フィルム内に微小細管があるか狭い領域があるかすると、真直ぐな引裂きができるが、微小細管が存在する場合は、フィルムを引き裂くのに必要な力は、より小さくてすむ。

ゆっくり引き裂く場合は、ＭＣＦ４を引き裂く力は、広範囲に変化した。なぜならば、引き離されつつあるフィルムの両側の間にある引き伸ばされたポリマーのウエブが、断続的に成長して破れるからである。ＭＣＦ４については、引き裂く力は、主として約３〜９ニュートンの間で変化した。ＭＣＦ５をゆっくり引き裂くために必要な力は、ＭＣＦ４よりも均一で、約７〜９ニュートンの間でのみ変化した。

引き裂いた断面を調べると、フィルムが素早く引き裂かれた場合、ＭＣＦ４の微小細管内孔の壁（およびＭＣＦ５の狭い領域）は、フィルムの残りの部分に比較的影響を与えずに、伸張して破れる、ということが明らかである。しかしながら、フィルムがゆっくりと引き裂かれた場合は、フィルムの隣接する領域も引き伸ばされていた。フィルムのより広範な領域が引き伸ばされているということから、フィルムを引き裂くのにより大きい力が必要であることが肯け、フィルムの両側を引き伸ばすことにより追加的な表面積が生成されることから、結果として波形の端縁が生じることが肯ける。

収集したデータは、素早く引き裂かれると、隣接する領域に影響を及ぼすのに必要な時間より前に、微小細管の薄い壁（または微小細管を有しないフィルム内の狭い領域）が破れることを示している。しかしながら、ゆっくり引かれた場合は、引き伸ばされた微小細管の壁（または引っ張られた狭い領域）は、フィルムの隣接する領域を先ず引き伸ばす前には破れない。

うまく引き裂けるフィルムの特性
以上の観察に基づいて、最小の力で真直ぐにフィルムを引き裂くためには、微小細管の壁は、薄くしてフィルムの広い領域に隣接させるべきであることを提唱する。微小細管に近接する狭い領域は、微小細管の壁が破断する前に引き伸ばされて、より大きな引裂き力を必要とし、縁が波形になるというリスクを有する。

この発明は、例としてのみ上記に説明されていること、およびこの発明の範囲を逸脱することなく細かい点で改変が可能であることを、理解すべきである。

この発明において使用するために適切な押出成形装置を示す。 終端に流体出口を含む針形状の障害物を有するダイ出口を示す。 流体出口を含む複数の針形状の障害物を含むダイ出口を示す。 ダイ出口の形状を示す。 ダイ出口の形状を示す。 ダイ出口の形状を示す。 引裂き案内領域を含むフィルムを通しての断面を示す。 引裂き案内領域を含むフィルムを通しての断面を示す。 引裂き案内領域を含むフィルムを通しての断面を示す。 引裂き案内領域を含むフィルムを通しての断面を示す。 複数の長手内孔および複数の引裂き案内領域を含むフィルムを示す。

符号の説明

１ 押出成形装置
２ 押出フィルム
４ 押出スクリュー
６ モータ
８ 押出可能材料
１４ ダイ
２０ 押出バレル
２８ 押出物
３６ ダイ出口
３８ 針
４４ 流体源
６０、６２、６４、６６ 障害物
７２ 引裂き案内領域
７４、７６ 主領域

Claims (20)

1. 引裂き案内領域を有するフィルムを製造する装置であって、
   前記装置は、使用時に、押出可能材料を押出軸に沿って強制的にダイに通し、前記押出軸に実質的に平行な第一の軸の方向に長さを有する押出フィルムを形成するように適合された押出成形装置を備えてなり、
   前記押出成形装置は、フィルムがそこから押し出される際に、フィルムが少なくとも一つの主領域と少なくとも一つの引裂き案内領域とを備えるように、前記フィルム内に引裂き案内領域を形成する手段を含み、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、前記引裂き案内領域が前記主領域より小さい押出断面積を有し、前記第一の軸に対して横に印加される力が引裂き案内領域内において主領域よりも高い応力となり、フィルム内の裂け目が優先的に前記引裂き案内領域に沿って伝播するように適合されている
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、使用時に、前記引裂き案内領域が前記押出軸に実質的に平行に延長するように、実質的に静的である
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、使用時に、前記引裂き案内領域が前記主領域内の押出断面積より少なくとも２０％小さい押出断面積を有するように適合されている
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、使用時に、前記引裂き案内領域が前記主領域内の押出断面積より少なくとも５０％小さい押出断面積を有するように適合されている
   ことを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置において、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、使用時に、前記引裂き案内領域が前記主領域内の押出断面積より７０％〜９０％小さい押出断面積を有するように適合されている
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の装置において、
   引裂き案内領域を形成する前記手段は、障害物の近傍で押出物の流れが制限されるように、ダイのダイ出口の中にまたはダイ出口に隣接して前記障害物を含む
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   前記ダイ出口は、実質的に長方形である
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項６または７に記載の装置において、
   前記障害物は、前記ダイと一体的に形成されている
   ことを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   前記障害物は、前記ダイの中へ突出した実質的に三角形の突起である
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項６または７に記載の装置において、
    前記障害物は、前記ダイ出口の所にまたは前記ダイ出口に隣接して位置し、押出物が前記障害物の周りを流れることができるように前記押出物の流れの中に懸架されている
    ことを特徴とする装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、
    前記障害物は、流体源に接続可能な出口を含み、前記装置は、使用時に、前記流体源からの流体を押出物の流れに引き込み、得られるフィルム内に孔を形成する手段を含む
    ことを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、
    前記流体源は、空気源である
    ことを特徴とする装置。
13. 請求項１１または１２に記載の装置において、
    前記流体は、前記押出物の中へ注入される
    ことを特徴とする装置。
14. 請求項１１〜１３のいずれかに記載の装置において、
    前記装置は、前記出口を前記流体源に選択的に結合したり切り離したりする手段を含むことを特徴とする装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の装置において、
    使用時に、前記装置から押し出されたフィルムが少なくとも２つの引裂き案内領域を含むように、引裂き案内領域を生成する手段が複数ある
    ことを特徴とする装置。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の装置において、
    前記装置は、使用時に、前記主領域を通る複数の引裂き案内領域があるフィルムを製造するよう適合されている
    ことを特徴とする装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の装置において、
    前記装置は、さらに、使用時に、フィルムの主領域内に流体の流れのための少なくとも一つの長手方向内孔を創り出す手段を備えてなる
    ことを特徴とする先行請求項のいずれかに記載の装置。
18. 引裂き案内領域を有するフィルムを製造する方法であって、
    前記方法は、押出可能材料を押出軸に沿って強制的にダイに通し、前記押出軸に実質的に平行な第一の軸の方向に長さを有する押出フィルムを形成する押出成形装置を使用するステップを含んでなり、
    前記押出成形装置は、フィルムが押し出される際に、フィルムが少なくとも一つの主領域と少なくとも一つの引裂き案内領域とを備えるように、前記フィルム内に引裂き案内領域を形成する手段を含み、
    前記引裂き案内領域は、前記主領域より小さい押出断面積を有し、前記第一の軸に対して横に印加される力が引裂き案内領域内において主領域よりも高い応力となり、フィルム内の裂け目が優先的に前記引裂き案内領域に沿って伝播するようになる
    ことを特徴とする方法。
19. 第一の軸に沿った長さを有する押出成形フィルムであって、
    前記押出成形フィルムは、少なくとも一つの主領域と少なくとも一つの実質的に連続した引裂き案内領域とを有し、
    前記引裂き案内領域は、前記主領域より小さい押出断面積を有し、前記第一の軸に対して横に印加される力が引裂き案内領域内において主領域よりも高い応力となり、前記フィルム内の裂け目が優先的に前記引裂き案内領域に沿って伝播するようになっている
    ことを特徴とする押出成形フィルム。
20. 請求項１９に記載の押出成形フィルムにおいて、
    前記少なくとも一つの引裂き案内領域が前記フィルム内の長手方向内孔により形成されている
    ことを特徴とする請求項１９に記載の押出フィルム。

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