JP4575412B2 - 樹脂の糸曳切断方法、樹脂の糸曳切断装置及び樹脂の成形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、溶融樹脂を金型表面に塗布した後、塗布した樹脂を加圧して成形する溶融樹脂の微細転写プロセスにおいて、塗布した溶融樹脂と樹脂を塗布する装置との間に形成される樹脂残留物を切断する方法及び装置ならびに樹脂の成形方法に関する。なお、微細転写プロセスについては、特開２００６−５６１０７号公報に記載されている。
押出機で熱可塑性樹脂を加熱溶融し、溶融樹脂を射出装置の先端に取り付けたＴダイ等からシート状に押出して金型内に供給し、圧縮成形等によって所望形状の製品を製造する方法が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。また、溶融樹脂を押出した後のＴダイ開口部からの糸曳や汚染を防止すると同時に、金型内に供給される樹脂の量を一定にするため、Ｔダイ開口部付近に残留した糸、シートあるいはフィルム状の樹脂をカッターで切断除去する方法が種々報告されている。
また、Ｔダイから樹脂をシート状に押出した後、Ｔダイ出口からはみ出している余分の樹脂をカッターで切断する方法が知られている（例えば、下記特許文献２参照）。
さらに、特許文献３には、Ｔダイから押出された溶融または半溶融状態の単層シートを重ね合わせた多層のシート中間体を押出機の下方で切断するカッターを有する切断手段が種々開示されている。Ｔダイ押出口からシートを押出し、Ｔダイの押出口より下流の位置でシートを所定の長さに切断する方法として、シートを一対のパッド部材で挟持し、シートの挟持した部分を水冷したパッドからの伝熱により冷却し、冷却した部分でシートを切断する方法が示されている。
ここでは、Ｔダイ押出口元の開口面と接触するようにカッターをシートと交差させて配置し、カッターをＴダイ押出口の開口面に沿って接触を保ちながらシート幅方向に往復移動させてシートを切断する方法が示されている。切断手段は、Ｔダイおよび樹脂を溶融し吐出する装置と一体的に設けられている。
また、さらにＴダイの吐出口に接する断面で溶融樹脂を切断するようにカッターを配置し、カッターの刃をＴダイの吐出口に密着させる押付け機構を備え、しかも溶融樹脂を切断する時を除いてＴダイの吐出口にカッターが接触しない樹脂成形装置が知られている（例えば下記特許文献４参照）。
特公平５−２４９１号公報
特開平１１−３３３９０２号公報
特開平１１−１９８１５９号公報
特開２００７−１１１９５３号公報
しかし、上述した従来の樹脂の切断方法には以下のような問題があった。
（１）まず、第１の問題としては以下のような問題があげられる。
上記いずれの方法においても、極めて切断機構が複雑であり、切断装置は２００℃以上の高温のＴダイに常に近接しているためカッターが高温になる。カッターが高温になると切断する樹脂と付着して切断が困難となるばかりか、各部材に耐熱性が要求され、コストアップとなり耐久性にも問題を生じ易い。
また、部品点数が多くなり金型その他の各部との干渉を生じる。溶融樹脂を金型表面に塗布した後、加圧して成形する溶融微細転写プロセスにおいては、Ｔダイ開口部と下金型表面との間隙が数十μｍ〜数ｍｍであるので、従来の切断方法及び装置のように、Ｔダイ押出口に常にカッターを配置することはできない。
特許文献２においては、高温のＴダイと一体的に２本の揺動杆、ニクロム線、エアシリンダ、くの字形レバー、スプリング、ナット等が設けられている。これらを駆動するためには、エアシリンダを動かすための空圧配管、ピン等が必要となる。これらはＴダイを含めて前後運動をする可動部の重量を増す上に、移動時に金型上の樹脂にコンタミを落下する可能性が高くなる。さらに、Ｔダイから各部への放熱により、Ｔダイ内の樹脂温度分布が不均一になりやすい。
特許文献３では、樹脂シートの切断装置は、樹脂を溶融する装置、複式Ｔダイおよびシート積層手段と一体的に取り付けられ（特許文献３の図１、図５、図６参照）、これらは一体で金型上を進退移動するように構成されている。
これら一体で構成された切断装置は、シート積層手段の下流側に配置され、シート中間成形品をその両側面から狭持する一対の分割パッド部材、流体圧シリンダからなるパッドの駆動手段、パッドで溶融樹脂と接触した部分を冷却するための冷却水路、パッドから樹脂シートを剥離するためのエアブロー手段、分割パッドの間隙部において中間成形品に向かって突出可能に収容されたカッター、カッター移動手段、冷却水配管部材および流体圧配管部材などから構成されている（特許文献３の図１３、図１４、図１７、図１８、図１９、図２８）。
さらには、溶融樹脂とパッドとの融着を防止するためのパッド上への非粘着性の被覆層コーティングも必要となる。このような装置では、Ｔダイ開口部と下金型表面との間隙を数十μｍ〜数百ｍｍに制御しながら溶融樹脂を下金型表面に塗布することは構造上不可能である。
特許文献４では、Ｔダイは溶融樹脂の射出装置あるいは押出装置の先に接続され、このＴダイに対して切断装置は一体に形成される。切断装置は、空圧シリンダ、サポート、カッター、支持部材、軸受、板バネ、ヒータ、ボルト、押付シリンダから構成されており（特許文献４の図１〜図３）、Ｔダイリップ開口部と下金型表面との間隙を数十μｍ〜数ｍｍにして溶融樹脂を開口部から吐出して下金型表面に塗布することは構造上できない。
（２）次に第２の問題として以下のような問題があげられる。
Ｔダイ開口部とカッターとが接触すると、Ｔダイ開口部にキズや磨耗が発生し、溶融樹脂を下金型表面に塗布する時、樹脂表面にダイラインや汚れが発生する。
特許文献２及び特許文献４のいずれの場合にも、樹脂を切断するときはカッターがＴダイ開口部と接触する方式が記載されている。しかし、Ｔダイ開口部とカッターとが接触および摺動すると、Ｔダイ開口部にキズや磨耗を生じる。
そうすると、Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出して下金型表面に塗布する場合、塗布された溶融樹脂層の表面には傷跡やダイラインを生じ、塗布された溶融樹脂層の性状を劣化させる。従って、カッターとＴダイ開口部とが接触することは避けなければならない。
特許文献２では、Ｔダイ開口部から樹脂シートを引き取るようにしてカッターを使用せずに切断する方式が記載されている（特許文献２の図２６）。しかし、フィルムの厚さによっては、引き取るだけでは長大な糸曳きが残り、金型に残存して成形品に混入する可能性がある。また、どこで糸が切れるかは樹脂の厚さや粘性および固化状態に依存して不定となるために、成形品の性状が不安定になるばかりか、溶融樹脂フィルムが切断できない場合も発生する。
（３）第３の問題としては、以下のような問題があげられる。
Ｔダイから吐出される溶融樹脂の厚みが厚くなるほど、カッターでこれを切断することは困難となり、しかも、これを冷却して切れ易くするためには、溶融樹脂の厚みが増すほど、冷却に時間を要し、成形サイクルが長くなって生産性が損なわれる。また、溶融樹脂を冷却するための特別な冷却手段を設けなければならない。さらに、厚さの大きい溶融樹脂を切断しようとすれば、カッターの温度が上昇して、切断した樹脂がカッターに付着し、カッターを汚染するという問題があった。
特許文献２〜４のいずれにおいても、Ｔダイ開口部に残留する溶融樹脂あるいはそれより下流の溶融樹脂の厚さと切断しやすさとの関係は考慮されず、溶融樹脂を切断に適した性状に形成する効率的な方法は設けられていない。
一般に、溶融樹脂が厚くなるほど切断は困難となり、カッターの前進により樹脂が偏ったカーテン状になったり、切断できても、カッターが前進した先で団子状の樹脂が残存しやすくなる。したがって、樹脂の厚さに応じた適切な切断条件、あるいは切断に適した性状に樹脂を調整する必要があるが、これらの調整手段は何等示されていない。
（４）第４の問題としては以下のような問題があげられる。
上記いずれの従来の技術でも、Ｔダイ押出口から出てくる溶融樹脂をカッターで切断すると、溶融樹脂には必ずカッターの汚れが付着するか、切口の形状が平滑でなくなるが、そこの部分をも最終的に製品の一部として使用するためには、カッターの清浄度や樹脂の剥離性を向上させる上で多大のコストを要し、工業的に実用性が無くなる。
また、従来の多くの切断装置の目的は、金型に吐出する溶融樹脂の量あるいは成形品の形状を安定にすることであり、明らかに切断部分を製品の一部として使用するものであるが、切断部分を良好な性状に制御することはきわめて困難である。このため、たとえＴダイ押出口から出てくる樹脂を切断しても、その切断した部分は製品からは除外できる柔軟性のある成形方法であることが必要である。
本発明は、以上の従来の樹脂切断方法及び装置の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、以下に示される技術を提供することにある。
（１）Ｔダイ、金型など加熱して１００℃以上の高温になる部材と常時接触あるいは常時近接することがなく、Ｔダイ、金型と切断装置とは、カッターを含めた切断装置の部品が熱的な影響を受けず常に良好な樹脂の切断が可能な低温に保たれるように、ごく短時間で且つごく小面積を除いては、非接触の状態を保つことができる。
（２）Ｔダイ開口部とカッターとは樹脂を切断する場合においても常に非接触であり、切断時にカッターがＴダイ開口部をキズつけたり磨耗させたりしない。
（３）Ｔダイ開口部とカッターとの間隙は、樹脂の切断時にカッターが前進しても、切断した樹脂がカーテン状に偏ったり、樹脂が団子状にならない適正な間隙に制御できる。
（４）Ｔダイ開口部で切断する樹脂の厚さは、樹脂の切断時にカッターが前進しても、切断した樹脂がカーテン状に偏ったり、樹脂が団子状になることがないように、薄い固体フィルム状に延伸変形させて、切断に好適な薄さに形成することができる。
（５）Ｔダイ開口部で切断する樹脂の温度は、樹脂の切断時にカッターと接触しても、切断した樹脂がカッターに付着したり、カーテン状に偏ったり、団子状になることがないように、薄い固体フィルム状に延伸変形される際に冷却され、切断に好適な温度まで低下させることができる。
（６）Ｔダイ開口部で切断する樹脂は、樹脂の切断時にカッターの前進により押圧されてカーテン状に偏ったり、団子状にかためられることがないように、薄い固体フィルム状に延伸変形される際に切断に好適な張力を維持した状態に固定される。
（７）溶融樹脂を下金型表面に塗布した後、加圧して成形する溶融微細転写プロセスにおいては、Ｔダイ開口部と下金型表面との間隙が数十μｍ〜数ｍｍであるので、このような場合においても、下金型その他の部品と干渉、接触したり、Ｔダイが前後進動作をしても金型表面上にコンタミを落とすことが無い。
（８）下金型表面上に塗布した溶融樹脂とＴダイ開口部に貯留した溶融樹脂との間で形成される樹脂残留物を切断した切断部が、上金型で加圧転写して形成する成形体の一部を形成することが無い。
（９）複雑な機構を要さずとも簡素な機構でカッターの前進のみで円滑な樹脂切断ができる。
（１０）溶融樹脂をＴダイ開口部から吐出しながら下金型表面に塗布した後、加圧して成形する溶融微細転写プロセスにおいて、塗布する際に溶融樹脂と接触するＴダイ開口部の性状が良好に維持され、平滑で清浄な溶融樹脂層を形成できる。
（１１）カッターの温度上昇、カッターへの溶融樹脂の粘着や汚染が殆どない。
上述した課題を解決するため、本発明の樹脂の糸曳断方法は、熱可塑性樹脂を溶融し、該溶融樹脂をダイ開口部から吐出しながら下金型表面に塗布し、前記塗布した溶融樹脂を上金型で加圧転写する成形方法において、前記ダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記ダイ開口部からの溶融樹脂の吸引を行いながら、前記ダイ開口部を前記下金型表面から解離移動することにより、塗布を完了した位置で前記ダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂との間に連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体のフィルム状に変形させ、その後前記フィルム状に延伸された樹脂をダイの幅方向にカッターで切断することを特徴とするものである。
また、本発明に係る樹脂の糸曳切断方法は、Ｔダイ開口部と下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンを前進させて前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、その後、前記拡大したＴダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持しながら、前記下金型および前記Ｔダイとは接触しないで独立に設けられたカッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、その後、前記カッターを元の位置まで後退させ、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得ることを特徴とするものである。
また、本発明の樹脂の糸曳切断装置は、先端に刃を有するカッターと、前記カッターの側壁に設けられ前記カッター前進時にＴダイ開口部よりも高い位置に形成されたＴダイ底部と転動接触するローラガイドと、前記カッターを揺動可能に支持しながら前記Ｔダイ開口部の幅よりも長い距離を前後進できる前後進アクチュエータと、前記カッターが前後進する時に前記ローラガイドを前記Ｔダイ底部に押し当てながら前記Ｔダイ開口部は前記カッターと接触せず所定の間隙を維持するように前記カッターを上昇させる上下動アクチュエータと、前記カッターが後退した時に前記カッターを収納すると同時に、金型から受ける輻射熱、前記カッターが樹脂と接触することによって伝わる熱に対して温度上昇を防止するために水冷回路を設けたブラケットと、前記カッター、前記前後進アクチュエータ、前記上下動アクチュエータ、前記ブラケットを取り付けると共に、下金型を取り付けるのと同じプレス盤面に固定するベースと、前記カッターが前記ブラケットに収納された時点で、前記カッターに樹脂が付着した場合に前記付着樹脂をかきとるためのカキトリアクチュエータとから形成され、前記Ｔダイおよび前記下金型とは所定の位置関係を保ちながら互いに接触せずに分離して形成される樹脂の糸曳切断装置であって、前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンを前進させて前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、その後、前記拡大したＴダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、前記Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持するために前記ローラガイドを前記上下動アクチュエータを上昇させて前記Ｔダイ底部に押付けながら前記前後進アクチュエータを前進させて、前記下金型および前記Ｔダイとは接触しないで分離して設けられた前記カッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、その後、前記カッターを元の位置まで下降および後退させて前記カキトリアクチュエータで前記カッターの先端に付着した場合の樹脂付着物をかきとり、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得ることを特徴とするものである。
また、本発明の樹脂の成形方法は、Ｔダイ開口部と下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンの前進により前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残存物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、その後、前記拡大した前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、前記Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持しながら、前記下金型および前記Ｔダイとは接触せず分離して設けられたカッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、その後、前記カッターを元の位置まで後退させ、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得た後、前記塗布された溶融樹脂層の幅と長さよりも各々小さな幅と長さを有する上金型を下降させ、前記塗布された溶融樹脂層の切断部を除く領域を加圧転写して前記上金型と同じ幅と長さの成形体を附形した後、前記上金型と前記下金型とを解離させ、成形体を取出すことを特徴とするものである。
ここで、前記延伸して薄い固体状のフィルムに変形させたフィルムの厚さは、５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下が好ましい。
また、前記樹脂が熱可塑性樹脂であることが好ましい。
本発明の樹脂の糸曳切断方法、装置及び樹脂成形方法では、溶融樹脂を下金型表面上に塗布した後、ダイ内部の溶融樹脂と下金型表面に塗布した樹脂層との間に連続して形成される樹脂残留物を、厚さ１００〜５００μｍの薄いフィルム状に延伸変形させると同時に、薄く延伸変形させる過程で大気による冷却固化を急速に進行させる。その結果薄い固体のフィルムが形成され、しかも張力を生じているので、カッターによる切断が極めて容易かつ確実に行われ、しかも固体樹脂であるので、切断によるカッターへの樹脂の付着やカッターの汚染が殆どない。
また、樹脂から熱を受けることによるカッターの温度上昇も殆ど無いので、カッターへの樹脂の付着や汚染をさらに防止できるという、従来の樹脂切断方法および装置に比べて格段に優れた効果がある。
また、カッターを含む本発明の糸曳樹脂切断装置は、射出装置、ダイ、金型とは接触しないよう分離して設けられているので、カッターを含む本発明の糸曳切断装置は、２００℃以上の高温になる射出装置、ダイ、１００℃以上の高温になる下金型および上金型から殆ど熱の影響を受けない。
この結果、カッターの温度上昇による樹脂の付着やカッターの切れ味が低下する問題が生じない。また、ダイが下金型の上を前後移動しても、本発明の糸曳切断装置は、下金型より上には配置されてないので、下金型の上にコンタミを落とすようなことはない。
また、ダイや下金型と干渉することも無い。さらには、複雑な機構を要さずとも、下金型、ダイとの間にカッターを挿入するだけですみ、簡素で信頼性の高い構成にすることができる。
さらに、カッターは、Ｔダイ開口部よりも高い位置に形成されたＴダイ底部と接するローラガイドなどを介して、Ｔダイ開口部と互いに所定の間隙を保つ非接触の状態にある。このため、カッターとＴダイ開口部とが接触してダイ開口部にキズを付けたり、磨耗させることが無い。この結果、溶融樹脂をＴダイ開口部から吐出しながら下金型表面に塗布した後、上金型で加圧して転写する溶融微細転写プロセスにおいて、塗布する際に溶融樹脂と接触するＴダイ開口部の性状が良好に維持され、平滑で清浄な塗布された樹脂層を形成できる。
さらに、下金型表面に塗布した樹脂層の長さおよび幅よりも、長さと幅が小さく、なおかつ塗布した樹脂の切断部を加圧範囲から外す寸法の上金型とすることにより、切断部が汚れていても切断断面の形状が如何なるものであっても、最終的な成形品の品質には影響を及ぼさない。このため、寸法が上金型の形状で規定され、なお且つコンタミの無い成形品を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態における概要を図１を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、溶融樹脂２を射出装置１内の樹脂吐出ピストン３の前進によりＴダイ開口部４に吐出しながら下金型表面５上に塗布した場合、塗布を終了した時点で樹脂吐出ピストン３を停止して溶融樹脂２をＴダイ開口部４に供給するのを停止する。
図１（ａ）に示すように、溶融樹脂２を射出装置１内の樹脂吐出ピストン３の前進によりＴダイ開口部４に吐出しながら下金型表面５上に塗布した場合、塗布を終了した時点で樹脂吐出ピストン３を停止して溶融樹脂２をＴダイ開口部４に供給するのを停止する。
この状態でＴダイ９内部の溶融樹脂２と下金型表面５に塗布した樹脂層６とは連続している。その間に形成された樹脂を樹脂残留物７と呼ぶ。
溶融樹脂２は高温のダイ開口部内壁面８とは粘着しており、比較的に低温の下金型表面５とは固着または粘着している。
この状態で、図１（ｂ）に示すように、Ｔダイ開口部４が下金型表面５から離れるようにＴダイ９を上方に移動させると、樹脂残留物７はダイ内壁面８との粘着力と下金型表面５との固着力または粘着力とに拘束されて延伸作用を受け、厚みが薄くなると同時に、薄くなればなるほど大気による冷却固化が急速に進行する。
そうすると、薄い固体のフィルム１０が形成され、しかも張力を生じている。その厚さは、塗布された樹脂の厚さ１１とダイの上昇量１２に依存するが、塗布樹脂層の厚み１１が５００μｍの場合はフィルムの厚さＴは１００μｍ以下、塗布樹脂の厚み１１が１００μｍの場合はフィルムの厚さＴは５０μｍ以下に形成される。
延伸作用による薄いフィルムの形成と、冷却固化を促進するためには、図１（ｂ）に図示したように、樹脂吐出ピストン３を停止して溶融樹脂２をＴダイ開口部４に供給するのを停止するのみならず、Ｔダイ９を上方に移動させると同時に樹脂吐出ピストン３を後退させることにより、樹脂残留物７をダイ内部に吸引するように作用させる。
そうすると、ダイの上昇量１２がより小さくできより短時間で延伸（長さＭ：延伸作用、薄膜フィルム化、冷却固化促進、引張力維持が図れる）による薄い固体状フィルム１０を形成できる。こうして形成された薄い固体状フィルム１０は、図１（ｃ）に示すように、ダイ内の溶融樹脂２と金型表面に塗布された樹脂層６との間で引張られて張力が作用しており、カッター１４による切断が極めて容易であり、しかも固体樹脂であるので、カッター１４への樹脂の付着が殆どなく、樹脂から熱を受けることによるカッター１４の温度上昇も殆ど無く、カッター１４への樹脂の付着や汚染を防止できるという、従来の樹脂切断方法および装置に比べて格段に優れた効果がある。
カッター１４を含む本発明の糸曳切断装置は、射出装置１、Ｔダイ９、下金型１３とは接触しないよう分離して設けられているので、カッター１４を含む本発明の糸曳切断装置は、２００℃以上の高温になる射出装置１、Ｔダイ９、１００℃以上の高温になる下金型１３および上金型１８から殆ど熱の影響を受けないので、カッター１４の温度上昇による樹脂の付着やカッター１４の切れ味が低下する問題が生じない。
また、Ｔダイ９が下金型１３の上を前後移動しても、本発明の糸曳切断装置は、下金型１３より上にはないので、下金型１３の上にコンタミを落とすようなことはない。また、Ｔダイ９や下金型１３と干渉することも無い。また、複雑な機構を要さずとも、下金型１３、Ｔダイ９との間にカッター１４を挿入するだけですみ、簡素な構成にすることができる。
さらに、カッター１４は、Ｔダイ開口部４よりも高い位置に形成されたＴダイ底部１５と接するローラガイド１６などを介して、Ｔダイ開口部４とカッター１４とは互いに所定の間隙（Δｚ）を保つ非接触の状態にある。
このため、カッター１４とＴダイ開口部４とが接触してＴダイ開口部４にキズをつけたり、磨耗させることが無い。この結果、溶融樹脂２をＴダイ開口部４から吐出しながら下金型表面５に塗布した後、上金型１８で加圧して転写する溶融微細転写プロセスにおいて、塗布する際に溶融樹脂と接触するＴダイ開口部４の性状が良好に維持され、平滑で清浄な塗布された樹脂層６を形成できる。
さらに、下金型表面５に塗布した樹脂層６の長さおよび幅よりも、長さと幅が小さく、なおかつ塗布した樹脂の切断部１７を加圧範囲から外す寸法の上金型１８とすれば、切断部１７が汚れていても切断断面の形状が如何なるものであっても、最終的な成形品の品質には影響を及ぼさない。このため、寸法が上金型１８の形状で規定され、なおかつコンタミの無い成形品を得ることができる。
以下に、本発明の樹脂の糸曳切断方法、装置及び樹脂成形方法について説明した上記概要における作用を図２を用いて説明する。
図２（ａ）において、熱可塑性樹脂は図示しない押出機で溶融され、該溶融樹脂は射出装置１の先端側およびＴダイ９内に貯留されている。該射出装置１と該Ｔダイ９とは一体的に形成され、図２（ｂ）に示すように、これらは下金型１３の右方向に移動して溶融樹脂２の塗布を開始する水平位置２０に位置づけられる。
下金型表面５には、数十μｍ〜数ｍｍの厚さに応じて設定される塗布樹脂層の厚さ１１となるように、Ｔダイ９を下降させ、停止する。
ここから、図２（ｃ）に示すように、樹脂吐出ピストン３を前進させて溶融樹脂２をＴダイ開口部４から吐出しながら、Ｔダイ９と射出装置１とを所定の位置（水平位置）２１まで一体として移動させて下金型表面５に溶融樹脂２を塗布する。
塗布した樹脂層６の幅はＴダイ開口部４の幅で決まる。図２（ｄ）に示すように、位置（水平位置）２１では、塗布した樹脂層６の長さが決まる。塗布を完了した位置（水平位置）２１では、樹脂吐出ピストン３が後退して、Ｔダイ９内の溶融樹脂２を吸引すると同時にＴダイ９が所定の上昇量１２だけ塗布した樹脂層６から解離する。
この結果、前記Ｔダイ開口部４と下金型表面５上に塗布した樹脂層６との間に連続して形成される樹脂残留物７は、Ｔダイ開口部４からの溶融樹脂２の吐出の停止と、さらにはＴダイ開口部４からの溶融樹脂２の吸引と、Ｔダイ開口部４の下金型表面５からの解離移動とにより、延伸され、薄くなって大気による冷却作用を受けて迅速に固化し、連続した薄い固体状のフィルム１０に変形させられる。
その後、図３（ａ）に示すように、前記フィルム状に延伸された固体樹脂１０をフィルム幅方向にカッター１４が前進して切断する。カッター１４はＴダイ開口部４とは、上述した所定の間隙Δｚで非接触状態を保つように形成されている。そのために、ローラガイド１６はＴダイ底部１５と転動接触しながらカッター１４がＴダイ開口部４の終端を超えるまで前進する。
次に、図３（ｂ）に示すように、カッター１４は下金型表面５上から退避して元の位置に後退し、射出装置１とＴダイ９とは一体として下金型表面５上から退避する。その後、図３（ｃ）に示すように、前記の塗布した樹脂層６の長さよりも短く、なおかつ切断部１７を加圧しない長さと、塗布した樹脂層６の幅よりも小さい幅の上金型１８が、前記塗布した樹脂層６を加圧し、これによって成形品を成形し、しかる後、図３（ｄ）に示すように、上金型１８を開いて成形品２２を取出す。
図４（ａ）（ｂ）は、塗布した樹脂層６の幅と長さ、上金型１８の加圧附形部の幅と長さ、及び樹脂切断部１７の幅との関連を示す。
図５（ａ）〜（ｄ）は図２（ａ）〜（ｄ）に示したＴダイ９を正面から示した図、図６（ａ−１）〜（ａ−３）は図３（ａ）に示したＴダイ９を正面から示した図、図７（ｂ）〜（ｄ）は図３（ｂ）〜（ｄ）に示したＴダイ９を正面から見た図である。
図８は、カッター１４、ローラガイド１６、Ｔダイ底部１５およびＴダイ開口部４との関連を示す。カッター１４の側壁に設けられたローラガイド１６は、カッター１４が前進するときに上方に押し上げられて、Ｔダイ底部１５に転動可能に接触する。
この状態で、Ｔダイ開口部４とカッター１４先端の鋭利なカッター刃１４−ａとの間隙（Δｚ）は０．１〜０．５ｍｍの間に設計された一定値に制御される。この結果、カッター１４がＴダイ開口部４に接触してこれを傷つけたり、磨耗させることが無い。
また、２００〜３５０℃の高温に温度制御されているＴダイ９と、ローラガイド１６とは、カッター１４が前進する行程だけでわずかに線接触するだけである。また、これらが接触する時間は、Ｔダイリップ９−ａの幅Ｌ（図５（ｂ）参照）及びカッター１４の前進速度に依存するが、Ｔダイリップ９−ａの幅Ｌは概ね数ｃｍ〜百ｃｍの範囲内に有り、カッター１４を１０ｃｍ／ｓで前進させることは容易であるため、ローラガイド１６がＴダイ底部１５に接触する時間は１成形サイクルの中で数秒から十秒以下に押えられる。
しかも、カッター１４が元の位置に後退すると、常に冷却されているブラケットで冷却されるので、温度上昇は容易に抑えられる。カッター刃１４−ａ自身はローラガイド１６の上記作用によって、Ｔダイ９とは常に非接触であり、しかも切断時に接触する樹脂は５００μｍ以下に延伸された薄いフィルム状の固体樹脂１０（図１参照）であるため、カッター１４の温度を上昇させるだけの熱容量を持っていない。
このため、樹脂を切断する過程でカッター刃１４−ａの温度は殆ど上昇しない。すなわち、特別な機構を設けなくとも、カッター刃１４−ａの温度が上昇して樹脂残留物７の切れ味が低下したり、樹脂残留物７が溶着してしまうような不具合を生じない。
Ｔダイ開口部４とカッター刃１４−ａとの間隙Δｚは、大き過ぎると切断すべき樹脂が切断されずにカーテン状の塊が形成され、これが下金型表面５上に残留し、成形を困難にする。このため、Ｔダイ開口部４とカッター刃１４−ａとが非接触を維持する範囲で、これらの間隙Δｚは小さいことが望ましい。そして、その範囲が０．１〜０．５ｍｍであることを発明者らは見い出した。なお、カッター刃１４−ａは出来る限り鋭利であることが望ましい。
以下、本発明を実施するための最良の形態として、本発明に基づく樹脂の糸曳切断方法及び装置の実施の形態を図９（ａ）（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）、及び図１１を用いて説明する。
本発明の樹脂の糸曳切断装置は、上述した先端に鋭利な刃部１４−ａを有するカッター１４と、カッター１４の側壁に設けられカッター前進時にＴダイ開口部４よりも高い位置に形成されたＴダイ底部１５と転動接触するローラガイド１６と、カッター１４を揺動可能に支持しながらＴダイ開口部４の幅Ｌよりも長い距離を前後進できる前後進アクチュエータ２３と、カッター１４が前後進する時にローラガイド１６をＴダイ底部１５に押し当てながらＴダイ開口部４はカッター１４と接触せず所定の間隙を維持するようにカッター１４を上昇させる上下動アクチュエータ２４と、カッター１４が後退した時にカッター１４を収納すると同時に、下金型１３から受ける輻射熱、カッター１４が樹脂と接触することによって微小に伝わる熱に対して温度上昇を防止するために水冷回路２５を設けたブラケット２６と、カッター１４、前後進アクチュエータ２３、上下動アクチュエータ２４、ブラケット２６を取り付けるとともに、下金型１３を取り付けるのと同じプレス盤面２７に固定するベース２８と、カッター１４がブラケット２６に収納された時点で、カッター１４に樹脂が付着した場合に付着樹脂をかきとるためのカキトリアクチュエータ２９とから形成されている。
このように本発明の樹脂の糸曳切断装置と、Ｔダイ９と、下金型１３とは所定の位置関係を保ちながら互いに接触せずに分離して形成されている。Ｔダイ９は下金型１３に対して前後進および上下動が可能に形成されている。Ｔダイ９の前後進と直交するＴダイ幅方向にカッター１４は前後進可能に形成されている。
図１１に示すように、下金型表面５上の塗布開始水平位置２０から塗布終了水平位置２１まで、Ｔダイ開口部４は前後進及び上下動しながら溶融樹脂２を樹脂吐出ピストン３の前進により吐出することで、溶融樹脂２を下金型表面５上に塗布する。
塗布を終了すると、Ｔダイ９は、Ｔダイ開口部４と下金型表面５との間隙を所定の量１２だけ上昇して停止する。塗布終了水平位置２１では、Ｔダイ開口部４から溶融樹脂２を吐出するのを停止し、Ｔダイ開口部４から出ている樹脂残留物７を前記樹脂吐出ピストン３を後退させることで吸引すると同時に、Ｔダイ開口部４が下金型表面５から解離するようにＴダイ９を上昇させるので、下金型表面５に塗布された樹脂層６とＴダイ開口部４内部に貯留する溶融樹脂２との間で連続して形成される樹脂残留物７を延伸して薄い固体状の樹脂フィルム１０に変形させる。
この状態で、図１０に示すように、カッター１４がＴダイ開口部４の幅Ｌを超えて右側まで前進する。Ｔダイ開口部４と下金型表面５に塗布された樹脂層６の表面との間に、Ｔダイ開口部４、塗布された樹脂層６および下金型表面５と接触しないように、Ｔダイ開口部４と一定の間隙Δｚを維持するためにローラガイド１６を上下動アクチュエータ２４を上昇させてＴダイ底部１５に押付けながら前後進アクチュエータ２３を前進させて、下金型１３およびＴダイ９とは接触しないで分離して設けられたカッター１４をＴダイ開口部４の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物１０を切断し、その後カッター１４を元の位置まで下降および後退させてカキトリアクチュエータ２９でカッター１４の先端に付着した場合の樹脂付着物をかきとり、Ｔダイ９を下金型表面５上から退避移動させることにより、下金型表面５上に糸を曳いた樹脂が残らない樹脂層６を得る。
カッター１４が元の位置まで後退した後、Ｔダイ９はプレス盤面２７の外に退避する。次に、上金型１８を閉じて塗布された樹脂層６を加圧附形し、これを冷却、固化した後、型を開いて離型し、成形を完了する。
カッターの形状は、図８に示したものでも良いし、図１２に示すような鋭利な板状のカッター刃１４−ｂを設けたものでもよい。対象とする熱可塑性樹脂は、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＥＮ樹脂、ナイロン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアセタール樹脂など熱可塑性樹脂であれば殆どどの樹脂でも適用できる。また、Ｔダイ、射出装置の設定温度および溶融樹脂の温度は２００〜３５０℃、溶融樹脂を塗布する時の金型温度は概ね１００〜２００℃である。
１ 射出装置、２ 溶融樹脂、３ 樹脂吐出ピストン、４ ダイ開口部、５ 下金型表面、６ 塗布した樹脂層、７ 樹脂残留物、８ ダイ内壁面、９ Ｔダイ、１０ 薄い固体状フィルム、１１ 塗布した樹脂の厚さ、１２ ダイの上昇量、１３ 下金型、１４ カッター、１５ Ｔダイ底部、１６ ローラガイド、１７ 樹脂の切断部、１８ 上金型、２０ 塗布開始水平位置、２１ 塗布終了水平位置、２２ 成形品、２３ 前後進アクチュエータ、２４ 上下動アクチュエータ、２５ 水冷回路、２６ ブラケット、２７ プレス盤面、２８ ベース、２９ カキトリアクチュエータ、Δｚ 糸曳樹脂切断時におけるダイ開口部とカッターとの間の間隙、９−a ダイのリップ、Ｌ ダイ開口部の幅、１４−a カッター刃、Ｍ 延伸長さ。
Claims (8)
- 熱可塑性樹脂を溶融し、該溶融樹脂をダイ開口部から吐出しながら下金型表面に塗布し、前記塗布した溶融樹脂を上金型で加圧転写する成形方法において、
前記ダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記ダイ開口部からダイ内部のピストンを後退させることにより前記ダイ内部に溶融樹脂の吸引を行いながら、前記ダイ開口部を前記下金型表面から解離移動することにより、塗布を完了した位置で前記ダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂との間に連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体のフィルム状に変形させ、
その後前記フィルム状に延伸された樹脂をダイの幅方向にカッターで切断することを特徴とする樹脂の糸曳切断方法。 - Ｔダイ開口部と下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンを前進させて前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、
前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、
その後、前記拡大したＴダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持しながら、前記下金型および前記Ｔダイとは接触しないで独立に設けられたカッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、
その後、前記カッターを元の位置まで後退させ、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得ることを特徴とする樹脂の糸曳切断方法。 - 前記延伸して薄い固体状のフィルムに変形させたフィルムの厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂の糸曳切断方法。
- 前記樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂の糸曳切断方法。
- 先端に刃を有するカッターと、前記カッターの側壁に設けられ前記カッター前進時にＴダイ開口部よりも高い位置に形成されたＴダイ底部と転動接触するローラガイドと、前記カッターを揺動可能に支持しながら前記Ｔダイ開口部の幅よりも長い距離を前後進できる前後進アクチュエータと、前記カッターが前後進する時に前記ローラガイドを前記Ｔダイ底部に押し当てながら前記Ｔダイ開口部は前記カッターと接触せず所定の間隙を維持するように前記カッターを上昇させる上下動アクチュエータと、前記カッターが後退した時に前記カッターを収納すると同時に、金型から受ける輻射熱、前記カッターが樹脂と接触することによって伝わる熱に対して温度上昇を防止するために水冷回路を設けたブラケットと、前記カッター、前記前後進アクチュエータ、前記上下動アクチュエータ、前記ブラケットを取り付けると共に、下金型を取り付けるのと同じプレス盤面に固定するベースと、前記カッターが前記ブラケットに収納された時点で、前記カッターに樹脂が付着した場合に前記付着樹脂をかきとるためのカキトリアクチュエータとから形成され、前記Ｔダイおよび前記下金型とは所定の位置関係を保ちながら互いに接触せずに分離して形成される樹脂の糸曳切断装置であって、
前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンを前進させて前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残留物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、その後、前記拡大したＴダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、前記Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持するために前記ローラガイドを前記上下動アクチュエータを上昇させて前記Ｔダイ底部に押付けながら前記前後進アクチュエータを前進させて、前記下金型および前記Ｔダイとは接触しないで分離して設けられた前記カッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、その後、前記カッターを元の位置まで下降および後退させて前記カキトリアクチュエータで前記カッターの先端に付着した場合の樹脂付着物をかきとり、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得ることを特徴とする樹脂の糸曳切断装置。 - Ｔダイ開口部と下金型表面との間を所定の間隙に維持しながら、前記Ｔダイ開口部を前記下金型表面上の塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで、前記Ｔダイ開口部の幅方向と直交する水平方向に移動させながら、前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置まで樹脂吐出ピストンの前進により前記Ｔダイ開口部から溶融樹脂を吐出することにより、前記下金型表面に前記間隙で決まる厚さ、前記Ｔダイ開口部の幅で決まる幅および前記塗布を開始する位置から塗布を完了する位置までの距離で決まる長さの溶融樹脂層を塗布し、前記塗布を完了した位置で前記Ｔダイ開口部からの溶融樹脂の吐出を停止後、前記Ｔダイ開口部から出ている溶融樹脂を前記樹脂吐出ピストンを後退させることで吸引すると同時に、前記Ｔダイ開口部が前記下金型表面から解離するように前記Ｔダイを上昇させて前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布した溶融樹脂層の表面との間隙を拡大することにより、前記下金型表面に塗布された溶融樹脂層と前記Ｔダイ開口部内部に貯留する溶融樹脂との間で連続して形成される樹脂残存物を延伸して薄い固体状の樹脂フィルムに変形させ、その後、前記拡大した前記Ｔダイ開口部と前記下金型表面上に塗布された溶融樹脂層の表面との間に、前記Ｔダイ開口部、前記塗布された溶融樹脂層および前記下金型表面と接触しないように、前記Ｔダイ開口部と一定の間隙を維持しながら、前記下金型および前記Ｔダイとは接触せず分離して設けられたカッターを前記Ｔダイ開口部の幅方向の一端から終端まで前進させることにより、前記薄い固体のフィルム状に延伸された樹脂残留物を切断し、その後、前記カッターを元の位置まで後退させ、前記Ｔダイを前記下金型表面上から退避移動させることにより、前記下金型表面上に糸を曳いた樹脂が残らない前記塗布された溶融樹脂層を得た後、前記塗布された溶融樹脂層の幅と長さよりも各々小さな幅と長さを有する上金型を下降させ、前記塗布された溶融樹脂層の切断部を除く領域を加圧転写して前記上金型と同じ幅と長さの成形体を附形した後、前記上金型と前記下金型とを解離させ、成形体を取出すことを特徴とする樹脂の成形方法。
- 前記延伸して薄い固体状のフィルムに変形させたフィルムの厚さが５００μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の樹脂の成形方法。
- 前記樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項６に記載の樹脂の成形方法。
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