JP2014061615A - 押し出しｔダイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押し出しＴダイのリップ先端から吐出した溶融樹脂フィルムのダイ幅方向（長手方向）の温度分布または膜厚分布を計測し、ダイに設けられたヒーターにフィードバックしてヒーター温度を制御し、その結果、ダイ吐出直後の溶融樹脂フィルムの温度分布及び膜厚分布の制御を行うことによって、均一な膜厚の樹脂フィルムを得ることを可能とする押し出しＴダイ装置を提供する。
【解決手段】溶融樹脂をスリット上の開口を備えるＴダイに供給してフィルム状に押し出す押出しＴダイ装置であって、Ｔダイと、加熱手段と、温度測定手段と、膜厚測定手段と、温度制御手段と、を備えたことを特徴とする押し出しＴダイ装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、押し出しＴダイ装置で樹脂フィルムを製造する際にＴダイ吐出後の溶融樹脂膜厚を制御可能とする押し出しＴダイ装置である。

図１は、樹脂フィルムやこの樹脂フィルムに基材を重ね合わせたラミネートフィルム等のシート成形に用いられる従来の押し出し成形機を示す図である。この押し出し成形機は、溶融樹脂供給部１１２によって加熱シリンダ内に配設されたスクリュを回転させて樹脂を溶融させ、溶融樹脂をスリット状の開口を備える押し出しＴダイ１１０に供給してフィルム状の溶融樹脂１１３に押し出し、紙・金属箔・樹脂などの他のフィルム状の基材１１４上に薄膜の樹脂層を塗布し、冷却ロール１１５で冷却固化させ、ラミネートフィルム１１６として、図示しない巻取り装置で成形品を巻き取る構成になっている。

図２は上記押し出しＴダイ１の内部構造を詳細に示した図である。押し出しＴダイ１は、上部に溶融樹脂Ｒ１の供給口２ａを備えており、供給口２ａは溶融樹脂Ｒ１を供給する図示しないアダプターと接続されている。Ｔダイ２は、成形される樹脂フィルムに合わせて、幅方向に細長い形態を持つ。マニホールド３はＴダイ２の幅方向にわたって筒状に形成されており、幅方向の中間部の上部にＴダイ２の供給口２ａが接続されている。リップランド４は、マニホールド３の下側にＴダイ２の幅方向にわたって形成されている。吐出口（以下、リップ）５は、リップランド４の下端部に位置している。

次に、前記の押し出しＴダイ１による樹脂フィルムの成形方法について説明する。まず、押し出しＴダイ１に供給口２ａから溶融樹脂Ｒ１を供給する。溶融樹脂Ｒ１はマニホールド３に流れマニホールド３の幅方向に広がり、下方のリップランド４へ流れる。そして、溶融樹脂Ｒ１がリップランド４を通過する際にフィルム状に成形される。リップランド４内でフィルム状に成形された溶融樹脂Ｒ１は、リップ５から吐出され、溶融樹脂フィルムＲ２となる。溶融樹脂フィルムＲ２は押し出しＴダイ１の下方（下流側）に設けられた図示しない冷却ローラによって圧延される。冷却ローラは樹脂フィルムＲ２が排出されるスピードよりも速いスピードで回転されている。リップ５から吐出された時点では、溶融樹脂フィルムＲ２は固化していない。溶融樹脂フィルムＲ２は、冷却ローラ上の基材に片面が転写されると同時に冷却され、固化する。リップ５から吐出された溶融樹脂フィルムＲ２は幅方向に縮み、端部が厚くなる。冷却固化後のプロセスで、この厚くなった端部は切除されて厚さの均一な樹脂フィルムが提供される。

ところで、上記図１に示す押し出し成形機においては、樹脂フィルム１１６の幅方向の膜厚分布を均一にすることが重要であるが、この成形品の樹脂フィルムには不均一な膜厚分布が生じ、品質不良や外観不良などが問題となっている。不均一な膜厚分布の解消方法としては、ダイ形状の改造、ディッケルの形状や配置の適正化や、図１に示すリップ調整用ボルト１１１−１〜１１１−ｎによってリップのクリアランスを調整したり、ダイ内壁面の温度制御などいくつもの方法があり、併用されている。

不均一な膜厚分布をなくす方法の中で、特許文献１では、生産された樹脂フィルム（成形品）の厚さを計測してフィードバックし、前記押し出し成形機による成形品の厚さを制御するためのシステムが提供されている。特許文献１記載のＴダイでは、自動厚さ調整ダイでありスリット状の開口におけるスリットの長手方向（樹脂フィルムの幅方向）に関する各部分におけるリップクリアランスを、制御装置からの指令によって、自動的に調整することが出来るようになっている。フィルムの成形運転が開始されると、成形運転中は、
前記押し出し成形機の途中に配設されフィルムの厚さを計測する膜厚計測器が現在のフィルムの膜厚を計測する。なお、前記膜厚計測器は、フィルムの幅方向に関し、全幅にわたって厚さを計測することができるものである。これにより、フィルムの幅方向に関する厚さの変化も計測することができる。そして、制御装置は、前記膜厚計の出力信号を受信し、計測されたフィルムの幅方向に関する厚さの変化量が目標値の誤差範囲内に収まっているか否か、すなわち、フィルムの厚さが幅方向に関して均一であり、フィルムの厚さ精度が目標精度に到達しているか否かを判断する。そして、目標精度に到達している場合、フィルムの厚さの計測が繰り返し行われる。

一方、フィルムの厚さ精度が目標精度に到達していない場合、制御装置は、計測されたフィルムの厚さに基づき、フィルムの厚さを均一にするための押し出しＴダイにおけるノズルのリップクリアランスの値を演算する。この場合、スリット状の開口におけるスリットの長手方向に関する各所におけるリップクリアランスの値を、それぞれ、演算する。そして、制御装置は、演算された値となるようにＴダイにおけるノズルのリップクリアランスを制御する。そして、目標精度に到達している場合に、フィルムの厚さの計測が繰り返し行われる。

特許文献２では、リップクリアランスと成形品の厚さとの関係を学習し、そのデータに基づきリップクリアランスを制御するようにして、リップダイから押し出された樹脂の温度や吐出量が定常状態になるまでの期間であっても、所望の断面形状を有する成形品を容易に成形することができるようにしている。

しかしながら、特許文献１、２のような成形品の膜厚制御の実用性には問題がある。それは、冷却固化寸前の溶融樹脂フィルムの形状が所望の形状になっているか、不明なためである。マニホールド内またはリップ内において、溶融樹脂が温度制御や形状制御を受けたとしても、リップに至るまでの間には、溶融樹脂の温度や物性の分布は変化する。このような現象のために、冷却固化される直前の状態では溶融樹脂は不均一な膜厚分布になっている可能性がある。

特許文献３では、冷却ロールから巻き取り装置までの間に膜厚制御装置を一つ以上設けて、平均膜厚を制御装置にフィードバックすることで、リップクリアランスを制御している。

しかしながら、特許文献３の技術では、膜厚計測点は溶融樹脂が固化した後であるため、溶融状態の樹脂フィルムの膜厚は不明である。またフィードバックに使用するのが平均膜厚であるため、ダイ幅方向膜厚分布の制御は出来ない。

特開平６−２３８７３７号公報 特開２００５−４０９８４号公報 特開２００８−２０７３４８号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて、押し出しＴダイのリップ先端から吐出した溶融樹脂フィルムのダイ幅方向（長手方向）の温度分布または膜厚分布を計測し、ダイに設けられたヒーターにフィードバックしてヒーター温度を制御し、その結果、ダイ吐出直後の、溶融樹脂フィルムの温度分布及び膜厚分布の制御を行うことによって、均一な膜厚の樹脂フィルムを得ることを可能とする押し出しＴダイ装置を提供することを目的とする。

そこで本発明の請求項１の発明は、
溶融樹脂をスリット状の開口を備えるＴダイに供給してフィルム状に押し出す押し出しＴダイ装置であって、
Ｔダイと、加熱手段と、温度測定手段と、膜厚測定手段と、温度制御手段と、を備え、
前記Ｔダイは、その上部に備えられた供給口から供給された溶融樹脂を、スリット形状を有するリップから前記溶融樹脂をフィルム状（以下、フィルム状に押し出された溶融樹脂を溶融樹脂フィルムと称す）に押し出すもので、
加熱手段は、前記Ｔダイの全幅にわたってその側面に複数個設けられた加熱ヒーターであって、
前記温度測定手段は、前記リップから押し出された溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって複数箇所の溶融樹脂温度値をリップの直後で測定するもので、
膜厚測定手段は、前記リップから押し出された溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって複数箇所のフィルム膜厚値をリップの直後で測定するもので、
前記温度制御手段は、前記温度測定手段によって得られた測定温度値、又は、前記膜厚測定手段によって得られた測定膜厚値に基づいて前記複数個設けられた加熱ヒーターの温度を制御して、溶融樹脂フィルムの幅方向の膜厚を均一にすることを特徴とする押し出しＴダイ装置である。

本発明の請求項２の発明は、
リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布が、予め前記温度制御手段に入力されており、前記温度測定手段によって溶融樹脂フィルム温度値を測定し、これら溶融樹脂温度値分布と溶融樹脂フィルム温度値の差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の押し出しＴダイ装置である。

本発明の請求項３の発明は、
リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布が、予め前記温度制御手段に入力されており、前記膜厚測定手段によって溶融樹脂フィルム膜厚値を測定し、これら溶融樹脂膜厚値分布と溶融樹脂フィルム膜厚値の差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の押し出しＴダイ装置である。

本発明における押し出しＴダイ装置によれば、溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって、溶融樹脂フィルムの幅方向の膜厚を均一にすることが可能で、膜厚が均一な成形フィルムを得ることが出来る。

従来の押し出し成形機を示す図。 押し出しＴダイの内部構造を詳細に示した図。 本発明の押し出しＴダイ装置の概略構成図の一例を示す図。 本発明の押し出しＴダイ装置を示す図。

以下、本発明の実施形態による押し出しＴダイ装置について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の押し出しＴダイ装置の概略構成図の一例を示す図である。本発明の押し出しＴダイ装置１０は、Ｔダイ１２と、加熱手段である加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂと、温度測定手段２１と、膜厚測定手段２２と、温度制御手段２３と
、を備えている。符号２３ａは予め温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布データであって、また符号２３ｂは予め温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布のデータである。

図４は本発明の押し出しＴダイ装置を示す図である。図４に示される押し出しＴダイ装置１０は、Ｔダイ１２の上部に備えられた供給口１２ａから供給された溶融樹脂Ｒ１を幅方向に筒状に設けられたマニホールド１３で幅方向に広げ、その後スリット形状１４を有するリップ１５から前記溶融樹脂をフィルム状に押し出し、基材１７とラミネートして樹脂フィルム１８を成形するものである。

Ｔダイ１２は、従来用いられているＴダイを用いることが出来る。

加熱手段は、Ｔダイ１２の全幅にわたってその両側面に複数個（図４では５個）設けられた加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂである。例えば加熱ヒーター２４−１ａと２４−１ｂの組はＴダイ１２の両側面の対向する位置に設置されているもので、その加熱源としては特に限定するものではない。

次に、温度測定手段２１について説明する。温度測定手段２１は、リップ１５から押し出された溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって複数箇所のフィルム温度をリップ１５の直後で測定するものである。温度測定手段２１はリップ１５と冷却ローラ１６ａ、１６ｂの間のリップ１５の直後に設けられ、赤外線センサーが用いられる。樹脂の場合はＣＨ基に感度が高いため、赤外線センサーを用いることによってＳ／Ｎ比が高い測定値を得ることが出来る。

次に、膜厚測定手段２２について説明する。膜厚測定手段２２は、温度測定手段２１と同じように、リップ１５から押し出されたフィルムの幅方向にわたって複数箇所のフィルム膜厚をリップ１５の直後で測定するものである。膜厚測定手段２２はリップ１５と冷却ローラ１６ａ、１６ｂの間のリップ１５の直後に設けられ、赤外線センサーが用いられる。膜厚測定の場合は、溶融樹脂フィルムＲ２を挟んで赤外線発光部とその反対側に赤外線を受光する受光部を設置する透過測定方法、または、冷却ローラ１６ｂに到着後の膜厚を測る反射測定方法のどちらかを採用することが出来る。赤外センサーで膜厚の絶対値を得るには、事前に溶融樹脂の重量または厚みをその他の計測方法で計測し、赤外センサーの計測値に反映するためにキャリブレーションが行われる。

温度制御手段２３について説明する。温度制御手段２３は、上記の方法で得られた測定温度値、又は、測定膜厚値のいずれかに基づいて加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂの温度を制御するものである。説明の都合上、測定温度値に基づいて加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂの温度を制御する場合を例示する。

測定温度値に基づいて加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂの温度を制御する場合には、次に示す、リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布データを予め上記温度制御手段に入力し、温度制御手段では温度測定手段によって測定された溶融樹脂フィルム温度値が閾値を超えた場合に温度制御を行う。

測定膜厚値に基づいて加熱ヒーター２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂの温度を制御する場合には、次に示す、リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布データを予め上記温度制御手段に入力し、温度制御手段では膜厚測定手段によって測定された溶融樹脂フィルム膜厚値が閾値を超えた場合に温度制御を行う。

予め上記温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布デ
ータと、上記予め上記温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布データの求め方について表１を用いて説明する。表１は、加熱ヒーターの温度と、測定温度値及び測定膜厚との関係を示す表である。説明の都合上、加熱ヒーターは、ｎ＝５とし、Ｔダイ１２の両側面の各対向する位置に設置されている加熱ヒーター（２４−１ａ、１ｂの組〜２４−５ａ、５ｂの組）の各組みの２つのヒーターの設定温度は同じ値として例示する。先ず、５組のヒーターの温度を条件１、２、３として各組みのヒーターの温度（上段）と、その時のリップ１５の直後の溶融樹脂フィルムの温度（中段）と膜厚（下段）を測定する。例示したのは３条件であるが、条件の数はこれより多いことが望ましい。

表１では、Ｔダイ１２の両端の加熱ヒーター（２４−１ａ、１ｂと２４−５ａ、５ｂ）の温度を３条件で変化させ、その他の加熱ヒーター（２４−２ａ、２ｂと、２４−３ａ、３ｂと、２４−４ａ、４ｂ）の温度は一定（３３３℃）とした。

溶融樹脂フィルムを冷却し幅方向に膜厚が均一な成形フィルムを得るには、溶融状態での膜厚は幅方向に均一であることが望ましいが、表１より以下の結果が得られる。
１．条件１から、５組の加熱ヒーター温度が同じであっても溶融樹脂フィルムの膜厚は均一とはならない。
２．５組の加熱ヒーター温度が同じであっても、中央部の溶融樹脂フィルムの膜厚は端部と比較して薄いものとなっている。
３．条件２、条件３のように両端の加熱ヒーター（２４−１ａ、１ｂと２４−５ａ、５ｂ）の温度を下げるにしたがって、溶融樹脂フィルムの膜厚は薄くなる。
４．端部以外の加熱ヒーター（２４−２ａ、２ｂと、２４−３ａ、３ｂと、２４−４ａ、４ｂ）の温度は同じであっても、その加熱ヒーターの位置に対する溶融樹脂フィルムの温度は加熱ヒーターのそれに比べて低い。
これは、両端の加熱ヒーター（２４−１ａ、１ｂと２４−５ａ、５ｂ）の温度を下げたために起こる現象である（言い換えれば、両端の加熱ヒーターの温度を下げたために端に近いほど温度低下の影響を受けやすい）。
５．また、端部以外の加熱ヒーター（２４−２ａ、２ｂと、２４−３ａ、３ｂと、２４−４ａ、４ｂ）の温度は同じであっても、その加熱ヒーターの位置に対する溶融樹脂フィルムの膜厚は同一とはならない。
これは、上記と同じように両端の加熱ヒーター（２４−１ａ、１ｂと２４−５ａ、５ｂ）の温度を下げたために起こる現象である。

上記の結果から、溶融樹脂フィルムの温度溶融状態での膜厚が幅方向に均一である溶融樹脂フィルムを得るには、予め上記温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布データは、端部よりも中央部を高くする必要がある。

また、上記温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布のデータは、全幅にわたって一定のものとなるが、この場合には加熱ヒーター毎に測定した膜厚値と制御温度の関係を予め検量線を作成しておく必要がある。

上記、溶融樹脂温度値分布データ及び溶融樹脂膜厚値分布データは樹脂の種類毎、成形される樹脂フィルムの厚み毎に作成される。

溶融樹脂フィルムの温度を測定して温度制御する場合には、温度制御手段２３には予め樹脂種類と、成形後の樹脂フィルムの膜厚からリップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布が前記温度制御手段に入力され、溶融樹脂温度値分布と前
記温度測定手段によって測定された溶融樹脂フィルム温度値との差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われる。この場合の閾値とは、膜厚の不均一が発生しない温度値の差を指すもので、上限値と下限値が設定されるものである。

また、溶融樹脂フィルムの膜厚を測定して温度制御する場合には、温度制御手段２３には予め樹脂種類と、成形後の樹脂フィルムの膜厚からリップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布が前記温度制御手段に入力され、溶融樹脂膜厚値分布と前記温度測定手段によって測定された溶融樹脂フィルム膜厚値との差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われる。この場合の閾値とは、膜厚の不均一が発生しない膜厚値の差を指すもので、上限値と下限値が設定されるものである。

以上のように、本発明の押し出しＴダイ装置によれば、溶融樹脂の状態でその温度または膜厚を測定し、その測定値に基づいてヒーター温度を制御することが出来、その結果、膜厚が均一なフィルムを成形することが可能となる。

１・・・押し出しＴダイ
２・・・Ｔダイ
２ａ・・・供給口
３・・・マニホールド
４・・・リップランド
５・・・吐出口（リップ）
１０・・・本発明の押し出しＴダイ装置
１２・・・Ｔダイ
１２ａ・・・供給口
１４・・・スリット形状
１５・・・リップ
１６ａ、１６ｂ・・・冷却ローラ
１７・・・基材
１８・・・樹脂フィルム
２１・・・温度測定手段
２２・・・膜厚測定手段
２３・・・温度制御手段
２３ａ・・・予め温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値２３ｂ・・・予め温度制御手段に入力される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値２４−１ａ、１ｂ〜２４−ｎａ、ｎｂ・・・加熱手段
１１０・・・押し出しＴダイ
１１１−１〜１１１−ｎ・・・リップ調整用ボルト
１１２・・・溶融樹脂供給部
１１３・・・フィルム状の溶融樹脂
１１４・・・他のフィルム状の基材
１１５・・・冷却ロール
１１６・・・ラミネートフィルム
Ｒ１・・・溶融樹脂
Ｒ２・・・溶融樹脂フィルム

Claims (3)

1. 溶融樹脂をスリット状の開口を備えるＴダイに供給してフィルム状に押し出す押し出しＴダイ装置であって、
   Ｔダイと、加熱手段と、温度測定手段と、膜厚測定手段と、温度制御手段と、を備え、
   前記Ｔダイは、その上部に備えられた供給口から供給された溶融樹脂を、スリット形状を有するリップから前記溶融樹脂をフィルム状（以下、フィルム状に押し出された溶融樹脂を溶融樹脂フィルムと称す）に押し出すもので、
   加熱手段は、前記Ｔダイの全幅にわたってその側面に複数個設けられた加熱ヒーターであって、
   前記温度測定手段は、前記リップから押し出された溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって複数箇所の溶融樹脂温度値をリップの直後で測定するもので、
   膜厚測定手段は、前記リップから押し出された溶融樹脂フィルムの幅方向にわたって複数箇所のフィルム膜厚値をリップの直後で測定するもので、
   前記温度制御手段は、前記温度測定手段によって得られた測定温度値、又は、前記膜厚測定手段によって得られた測定膜厚値に基づいて前記複数個設けられた加熱ヒーターの温度を制御して、溶融樹脂フィルムの幅方向の膜厚を均一にすることを特徴とする押し出しＴダイ装置。
2. リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂温度値分布が、予め前記温度制御手段に入力されており、前記温度測定手段によって溶融樹脂フィルム温度値を測定し、これら溶融樹脂温度値分布と溶融樹脂フィルム温度値の差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の押し出しＴダイ装置。
3. リップから押し出される溶融樹脂フィルムの幅方向の溶融樹脂膜厚値分布が、予め前記温度制御手段に入力されており、前記膜厚測定手段によって溶融樹脂フィルム膜厚値を測定し、これら溶融樹脂膜厚値分布と溶融樹脂フィルム膜厚値の差が、予め設定された閾値を超えた場合に温度制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の押し出しＴダイ装置。

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