JP5135834B2 - 流体流の分岐合流方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体流の分岐合流方法および装置に関する。

近年、複数種類の流体流を積層した多層構造をもつ多層フィルムの用途は光学分野へと広がりつつある。その中、より優れた光学特性を満足するために、層数が１００〜１０００層あるいはそれ以上と膨大な多層フィルムが開発されている。

このような多層フィルムを形成するための流体流の分岐合流方法および装置としては、積層体である第１段階の流体流をｘ方向に沿って流体流分岐部まで流し、流体流分岐部においてこの第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成し、流体流合流部においてこの複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させることによって、第１段階の流体流よりも層数が多い第２段階の流体流を形成する方法が知られている。そして、この第２段階の流体流をｙ方向に延びるスリット間隙を有する口金から吐出し、そのまま、あるいは延伸等の後処理を施すことによって、第２段階の流体流と同じ層構成をもつ多層フィルムが形成される。ここで、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向はそれぞれ直交しており、ｘ方向は第１段階の流体流の流れ方向、ｙ方向は流体流の幅方向、ｚ方向は分流体を合流する方向を表す（以下、このｘ−ｙ−ｚ座標系を使用する。）。

この流体流の分岐合流装置の典型的な例は、図１に示すような流路を形成するように構成されている。図１は、流体流の分岐合流装置の内部空間を表す概略斜視図であり、流体流の分岐合流装置内に形成される空間部すなわち流体流の流路を表している。流体流の分岐合流装置は、その内部に、第１段階の流体流をｘ方向に沿って分岐部２まで供給する流路１、分岐部２において流路１によって供給された第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成し、合流部５において複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する中間流路３、４、中間流路３、４によって形成された第２段階の流体流を下流側に導く流路６を有しており、第１段階の流体流と同じ層構成をもつ２つの分流体を合流させることによって、第１段階の流体流よりも層数が倍の第２段階の流体流を形成できるようになっている。

例えば、屈折率の異なる流体流を交互に数百層積層し、各層の厚みが数十ｎｍから百数十ｎｍと連続的に厚くなるような層構成にすることによって、数百ｎｍという広い範囲の波長の光を高い反射率で反射する多層フィルムを形成することが可能である。この反射光波長帯域を赤外線領域になるように設計すれば、赤外線カットという光学用途に応用できる多層フィルムを作ることも可能となる。また、積層する流体流の屈折率、各層の厚みを変えることによって、多層フィルムは様々な光学特性を実現することができ、幅広い光学用途に応用することが可能となる。しかし、このような光学用途に応用する多層フィルムの層厚みは数十ｎｍと非常に薄く、またこの層厚みが光学特性に大きく影響することから、層の積層精度というものが非常に重要となる。

ゆえに、多層フィルムの層構成は第２段階の流体流と同じになることから、今後、高品質で幅広い光学用途に応用できる多層フィルムを得るためには、積層精度が高く、各層が所望の厚みを有する第２段階の流体流を形成する流体流の分岐合流技術が要求される。

ところで、本発明の好ましい形態と一見して似ているように見える技術として、特許文献１に開示されている流体流の分岐合流装置がある。

特許文献１には、各層が所望の厚みを有する第２段階の流体流を形成するために、合流部にて複数の分流体の体積流量（以下、流量と称す）を調整する方法が開示されている。特許文献１の流体流の分岐合流装置の基本構成は、図１に示された流体流の分岐合流装置と同じであるが、合流部５の構成に特徴を有する。図２は特許文献１の流体流の分岐合流装置において用いられる合流部５の構成を表すｙ方向に対して垂直な断面図である。合流部５は、その付近に、複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する中間流路３、４、中間流路３、４によって形成された第２段階の流体流を下流側に導く流路６を有している。特許文献１の流体流の分岐合流装置において、分岐部２ではほぼ同じである中間流路３、４の断面積が、合流部５では中間流路３の方が中間流路４よりも大きくなるように構成されている。このような構成によって、中間流路３を流れる分流体にかかる圧力抵抗が中間流路４を流れる分流体よりも小さくなる。ゆえに、中間流路３の方が中間流路４よりも大量に分流体が流れる。つまり、第２段階の流体流において、中間流路３を流れる分流体から構成される層も中間流路４を流れる分流体から構成される層も層数は同じであるが、それぞれの流路から構成される層の厚みが異なるのである。すなわち、中間流路３を流れる分流体から構成される層は中間流路４を流れる分流体から構成される層より厚くなるのである。このように複数の分流体の流量を調整することによって、各層が所望の厚みを有する第２段階の流体流を形成することができる。これにより、第２段階の積層流体流について所望の層構成を得ようというものである。
特許第３２６４９５８号公報

本発明者らの知見によると、特許文献１の流体流の分岐合流装置と同じ構成を有する装置を用いて多層フィルムの形成を試みたところ、図３に示すような断面をもつ多層フィルム２０が得られることがあった。図３は、フィードブロックによって２種類の流体流（流体流Ａ、流体流Ｂ）を交互に積層した４層の第１段階の流体流から、特許文献１の流体流の分岐合流装置と同じ構成を有する装置を用いて形成した８層の第２段階の流体流から得られた多層フィルムのｘ方向に対して垂直な断面図である。ここで、流体流Ａ、流体流Ｂからなる層２１Ａ〜２４Ａ、２１Ｂ〜２４Ｂは層厚みの厚い層群２３と層厚みの薄い層群２４に分類され、層群２３は図２に示す中間流路３、層群２４は中間流路４を流れる分流体から構成された層である。この層群２３および層群２４、つまり、図２に示す中間流路３、中間流路４を流れる分流体は、図１に示す流路１において、ｙ方向に並んだ同じ層としてｘ方向に流れている。すなわち、例えば、図３に示す層群２４の層２１Ａと層群２３の層２３Ａは、図１に示す流路１において、ｙ方向に並んだ同じ層としてｘ方向に流れている。同様に、図３に示す層群２４の層２１Ｂと層群２３の層２３Ｂ、層群２４の層２２Ａと層群２３の層２４Ａ、層群２４の層２２Ｂと層群２３の層２４Ｂが図１に示す流路１において、ｙ方向に並んだ同じ層としてｘ方向に流れている。このうち、層群２４の層２１Ａと層２２Ｂ、層群２３の層２３Ａと層２４Ｂは、図１に示す流路１において、直接、ｚ方向において流路１と接する層であるため、表層部にあたり、また、層群２４の層２１Ｂと層２２Ａ、層群２３の層２３Ｂと層２４Ａは、図１に示す流路１において、ｚ方向に対して直接は流路１と接しない層であるため、中間層部にあたる。この多層フィルム２０の断面を観察すると、各層群の中間層部の層の厚みがｙ方向の正の向きに向かって厚くなっており、各層の厚みがｙ方向に対して一様ではないことが分かる。つまり、多層フィルム２０は積層精度が低く、各層が所望の厚みではない。多層フィルムの光学特性はフィルムの各層の厚みに依存するために、多層フィルム２０では期待する光学特性を得ることができない上に、その光学特性もｙ方向に対してバラツキが生じる。また、このような現象は層群２３、２４の厚み比が大きくなるほど顕著にあらわれることが判明した。そのため、特許文献１の流体流の分岐合流装置と同じ構成を有する装置を用いて多層フィルムを形成すると、層群２３、２４の厚み比が大きい場合、高品質で幅広い光学用途に応用できる多層フィルムを得ることは困難であった。

本発明者らの鋭意検討の結果によれば、このような現象が起きる原因として以下のようなことが考えられる。

特許文献１の流体流の分岐合流装置は、図２に示すように合流部５において中間流路３の断面積の方が中間流路４よりも大きくなるように構成されている。そのため、合流部５の上流側に設けられている分岐部において、各中間流路に流れる流体流の流量に影響を及ぼすことになる。この様子を図４に示す。図４は、特許文献１の流体流の分岐合流装置において用いられる分岐部２での流体流の流れを表すｚ方向に対して垂直な断面図である。図４において、矢印は流路１での流体流３０〜３２の流れを表し、一点差線は各流体流のその後の流れを表す。流体流３０は、流路１においてｙ方向の中央より正の側に位置し、中間流路３に流れる。流体流３１は、流路１においてｙ方向の中央よりやや負の側に位置し、中間流路３に流れる。流体流３２は、流路１においてｙ方向の中央より負の側に位置し、中間流路４に流れる。また、流体流３０〜３２は積層体である。分岐部２において第１段階の流体流が中間流路４よりも中間流路３の方に大量に流れることになる。しかし、分岐部２において中間流路３、４の断面積はほぼ同じであるので、流路１での流体流がｘ方向に沿ってのみ流れるとすると、流路１においてｙ方向の中央よりやや負の側に位置する流体流３１のような流体流は中間流路４に流れてしまう。そのため、流体流３１のような流体流が中間流路３に流れるために、分岐部２付近で、流路１での流体流にｙ方向の正の向きの流れが発生する。また、積層体が流路を流れる際、流れの方向に対して平行な壁面による摩擦のため、積層体の表層部の流体流よりも中間層部の流体流の流速が大きくなる。つまり、流速に比例する運動量、すなわち流体流が移動しようとする力は表層部よりも中間層部の方が大きくなる。この流路１での流体流が移動しようとする力を図５に示す。図５は、図４の流路１における分岐部２付近のＩ−Ｉ線の断面図である。図５において、流路１での流体流は層１１〜１４から構成されており、層１１、１４が表層部、流体流１２、１３が中間層部にあたる。また、矢印１１ａ〜１４ａは各流体流がｙ方向に移動しようとする力、矢印１１ｂ〜１４ｂは各流体流のｚ方向の力、すなわち層が厚くなろうとする力を表し、矢印の大きさは力の大きさを表す。これらの原因から、図５に示すように、分岐部２付近で、流路１での流体流（積層体）の表層部、中間層部の流体流はともにｙ方向の正の向きへ移動しようとし、その力は表層部よりも中間層部の流体流の方が大きくなる。ｙ方向の中央より正の側にあるｙ方向に対して垂直な壁があることによって、その壁付近では、流路１での流体流がｙ方向に移動しようとする力は、ｚ方向の力、すなわち層が厚くなろうとする力へと変化する。この層が厚くなろうとする力はｙ方向に移動しようとする力に比例するため、表層部よりも中間層部の流体流の方が大きい。よって、ｙ方向の正の向きに向かって中間層の厚みが厚くなる。そして、この層構成の乱れた第１段階の流体流を合流して形成された第２段階の流体流から図３に示すような断面をもつ多層フィルム２０が得られる。

本発明の目的は、形成する層群の層厚み比が大きい場合でも、高品質で幅広い光学用途に応用できる多層フィルムを容易に製造することが可能な流体流の分岐合流方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明によれば、ｘ−ｙ−ｚ座標系において、第１段階の流体流をｘ方向に沿って流体流分岐部まで流し、前記流体流分岐部において前記第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成し、流体流合流部において前記複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する流体流の分岐合流方法であって、前記複数の分流体の形成に際し、前記複数の分流体のうち少なくとも一つの分流体の前記流体流分岐部におけるｘ方向に対して垂直な断面の面積が他の前記分流体とは異なるように前記第１段階の流体流を分岐させ、かつ前記流体流分岐部から前記流体流合流部までにおける流量解析から前記断面の面積の算出を行う流体流の分岐合流方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記流体流分岐部において、前記複数の分流体のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整工程を有する流体流の分岐合流方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記複数の分流体の数が２つ以上４つ以下である流体流の分岐合流方法が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記第１段階の流体流が複数種類の流体流を前記種類の数以上の数の層としてｚ方向に積層した積層体である流体流の分岐合流方法が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、ｘ−ｙ−ｚ座標系において、所定の空間を有する第１の流路と、分岐部において前記第１の流路に接続してｙ方向に分岐し、かつ合流部においてそれぞれｚ方向に合流する複数の中間流路と、前記合流部において前記複数の中間流路に接続する第２の流路とを有する流体流の分岐合流装置であって、前記分岐部において、前記複数の中間流路のうち少なくとも１つの中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積が他の前記中間流路とは異なっており、かつ前記分岐部から前記合流部までにおける流量解析から断面積を算出した前記断面を有する流体流の分岐合流装置が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記分岐部において、前記複数の中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整手段を有する流体流の分岐合流装置が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、ｘ−ｙ−ｚ座標系において、所定の空間を有する第１の流路と、分岐部において前記第１の流路に接続してｙ方向に分岐し、かつ合流部においてそれぞれｚ方向に合流する複数の中間流路と、前記合流部において前記複数の中間流路に接続する第２の流路とを有する流体流の分岐合流装置であって、前記分岐部において、前記複数の中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整手段を有しており、かつ前記分岐部から前記合流部までにおける流量解析から断面積を算出した前記断面を有する流体流の分岐合流装置が提供される。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記複数の中間流路の数が２つ以上４つ以下である流体流の分岐合流装置が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、複数種類の流体流を前記種類の数以上の数の層として積層した積層体を形成するフィードブロックと、前記積層体を第１段階の流体流として第２段階の流体流を形成する流体流の分岐合流装置と、前記第２段階の流体流をシート状に成形する口金とを備えた多層フィルムの製造装置であって、前記流体流の分岐合流装置が上記のいずれかの流体流の分岐合流装置である多層フィルムの製造装置が提供される。

また、本発明の別の形態によれば、上記のいずれかに記載の流体流の分岐合流方法で第１段階の流体流を分岐し、第２段階の流体流として合流させ、前記第２段階の流体流をシート状に成形する多層フィルムの製造方法が提供される。

本発明において、「流体流」とは、たとえば、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、脂環族ポリオレフィン樹脂、ナイロン６・ナイロン６６などのポリアミド樹脂、アラミド樹脂、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・ポリプロピレンテレフタレート・ポリブチルサクシネート・ポリエチレン−２，６−ナフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、４フッ化エチレン樹脂・３フッ化エチレン樹脂・３フッ化塩化エチレン樹脂・４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体・フッ化ビニリデン樹脂などのフッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、などを溶融するなどして流体化したものを用いることができる。またこれらの熱可塑性樹脂としてはホモ樹脂であってもよく、共重合または２種類以上のブレンドであってもよい。また、各熱可塑性樹脂中には、各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子、減粘剤、熱安定剤、滑剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、屈折率調整のためのドープ剤などが添加されていてもよい。

また、本発明において、「第１段階の流体流」とは、ｘ方向に沿って流れ、流体流分岐部においてｙ方向に分岐して複数の分流体を形成するまでの流体流をいう。

また、本発明において、「流体流分岐部」とは、第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成する部分をいう。

また、本発明において、「分流体」とは、流体流分岐部において第１段階の流体流がｙ方向に分岐して形成されたあと、流体流合流部においてｚ方向に合流して第２段階の流体流を形成するまでの流体流をいう。

また、本発明において、「流体流合流部」とは、複数の分流体をｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する部分をいう。

また、本発明において、「第２段階の流体流」とは、流体流合流部において複数の分流体をｚ方向に合流させて形成したあとの流体流をいう。

また、本発明において、「面積調整工程」とは、形成したい多層フィルムの層構成に対応して、複数の分流体の形成に際し、流体流分岐部における各分流体のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する工程をいう。

また、本発明において、「第１の流路」とは、分岐部において中間流路に接続するまでの流路をいう。

また、本発明において、「分岐部」とは、中間流路が第１の流路に接続してｙ方向に分岐する部分をいう。

また、本発明において、「中間流路」とは、分岐部において第１の流路に接続してｙ方向に分岐したあと、かつ合流部においてｚ方向に合流して第２の流路に接続するまでの流路をいう。

また、本発明において、「合流部」とは、中間流路がｚ方向に合流して第２の流路に接続する部分をいう。

また、本発明において、「第２の流路」とは、合流部において中間流路に接続したあとの流路をいう。

また、本発明において、「面積調整手段」とは、形成したい多層フィルムの層構成に対応して、分岐部において、各中間流路のｘ方向に垂直な断面の面積を調整する手段をいう。

本発明に係る流体流の分岐合流方法および装置では、形成する層群の層厚み比が大きい場合でも、高品質で幅広い光学用途に応用できる多層フィルムを容易に製造することが出来る。

以下に本実施形態について詳細に述べるが、本発明は以下の実施例を含む実施形態に限定されるものではなく、発明の目的を達成できて、かつ、発明の要旨を逸脱しない範囲内においての種々の変更は当然あり得る。

図１および図６及至図１５は本実施形態の流体流の分岐合流装置に関する図である。なお、図１及至図１５において、同じ用途および機能を有している部材については、同じ符号を有している場合がある。

本実施形態の流体流の分岐合流装置を用いた多層フィルムの製造装置の基本構成を図１２に示す。図１２において、多層フィルムの製造装置は、図示しない別々の押出機から押し出された流体流Ａ、流体流Ｂを供給する流体流導入管１０１、１０２、流体流導入管１０１、１０２により供給された流体流Ａ、Ｂを交互に多数積層した積層体を形成するフィードブロック１０３、フィードブロック１０３からの積層体を第１の流体流として第２の流体流を形成する流体流の分岐合流装置１００、流体流の分岐合流装置１００からの第２の流体流を下流側に導く導管１０４および導管１０４からの第２の流体流の幅と厚みを所定の値に調整、吐出し、積層シート１０６を形成する口金１０５を有している。また、１０７は、口金１０５から吐出された積層シート１０６を冷却し固化させるキャスティングドラムである。キャスティングドラム１０７で固化した積層シートは、通常、未延伸フィルム１０８と呼称される。未延伸フィルム１０８は、通常、矢印ＮＳで示すように、延伸工程（図示せず）に送られ、一方向あるいは二方向に延伸され、多層フィルムとされる。

本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられるフィードブロック１０３は、図１３に示すような流路を形成するように構成されている。図１３は、フィードブロック１０３の内部空間を表す概略斜視図であり、フィードブロック１０３内に形成される空間部すなわち流体流の流路を表している。また、図１４は、図１３のＪ−Ｊ線の断面図である。フィードブロック１０３は、その内部に、流体流Ａ、Ｂを供給する流体流導入路９０、９１と、流体流導入路９０、９１により供給された流体流Ａ、Ｂをｚ方向に均一に分配するマニホールド９２、９３と、マニホールド９２、９３からの流体流Ａ、Ｂを所定の層数に分ける多数の細孔９４、９５の列と、各細孔９４、９５からの流体流Ａ、Ｂ下流側に導く多数のマニホールド付きスリット９６ｍ、９７ｍの列とを有しており、図１４に示すように、各マニホールド付きスリット９６ｍ、９７ｍの出口側に設けられている積層完了部９８にて、各マニホールド付きスリット９６ｍ、９７ｍからの流体流Ａ、Ｂが交互に積層されて、４層の積層体を形成できるようになっている。

また、積層数が２０層以上ある積層体を形成する場合、本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられるフィードブロック１０３は、図１５に示すような流路を形成するように構成されていることが多い。図１５は、フィードブロック１０３の内部空間を表す概略斜視図であり、フィードブロック１０３に形成される空間部すなわち流体流の流路を表している。フィードブロック１０３は、その内部に、流体流Ａ、流体流Ｂを供給する流体流導入路９０、９１と、流体流導入路９０、９１により供給された流体流Ａ、流体流Ｂをｚ方向に均一に分配するマニホールド９２、９３と、マニホールド９２、９３からの流体流Ａ、流体流Ｂを所定の層数に分ける多数の細孔９４、９５の列と、各細孔９４、９５からの流体流Ａ、流体流Ｂを下流側に導く多数の積層装置のスリット９６、９７の列とを有しており、各スリット９６、９７の出口側に設けられている積層完了部９８にて、各スリット９６、９７からの流体流Ａ、Ｂが交互に積層されて、積層体を形成できるようになっている。

本実施形態では、積層体である第１段階の流体流をｘ方向に沿って流体流分岐部まで流し、流体流分岐部においてこの第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成し、流体流合流部においてこの複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する。

本実施形態である流体流の分岐合流装置の基本構成は、図１に示された流体流の分岐合流装置と同じであるが、分岐部２の構成に特徴を有する。図６は本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられる分岐部２の構成を表すｚ方向に対して垂直な断面図である。分岐部２は、その付近に、第１段階の流体流を供給する流路１、流路１により供給された第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成する中間流路３、４を有しており、断面４０、４１はそれぞれ中間流路３、４の分岐部２におけるｘ方向に対して垂直な断面である。ここで、断面４０を断面４１よりも大きな面積にすることによって、中間流路３の方が中間流路４よりも大量に分流体が流れる。つまり、第２段階の流体流において、中間流路３を流れる分流体から構成された層は厚く、中間流路４を流れる分流体から構成された層は薄くなる。このように断面４０、４１の面積を調整する、つまり複数の分流体の流量を調整することによって、各層が所望の厚みを有する第２段階の流体流を形成することができる。

本実施形態の流体流の分岐合流装置を用いて多層フィルムの形成を試みると図７に示すような断面をもつ多層フィルム６０を得ることができる。図７は、フィードブロックによって２種類の流体流（流体流Ａ、流体流Ｂ）を交互に積層した４層の積層体を第１段階の流体流として本実施形態の流体流の分岐合流装置を用いて形成した８層の第２段階の流体流から得られた多層フィルムの断面図である。この多層フィルム５０は、流体流Ａ、流体流Ｂからなる層５１、５２は層厚みの厚い層群５３と層厚みの薄い層群５４に分類され、層群５３は中間流路３、層群５４は中間流路４を流れる分流体から構成された層である。この多層フィルム５０の断面を観察すると、各層厚みがｙ方向に対して一様であり、積層精度が高いことがわかる。そのため、本実施形態の流体流の分岐合流装置を用いて多層フィルムを形成すると、高品質で幅広い光学用途に応用できる多層フィルムを得ることができる。

次に、分岐部２において流路１を流れる流体流の流れについて説明する。図８は、本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられる分岐部２での流体流の流れを表すｚ方向に対して垂直な断面図である。図８において、矢印は流路１での流体流６０〜６２の流れを表し、一点差線は各流体流のその後の流れを表す。流体流６０は、流路１においてｙ方向の中央より正の側に位置し、中間流路３に流れる。流体流６１は、流路１においてｙ方向の中央よりやや負の側に位置し、中間流路３に流れる。流体流６２は、流路１においてｙ方向の中央より負の側に位置し、中間流路４に流れる。まず、図６に示すように分岐部２において中間流路３の断面積の方が中間流路４よりも大きくなるように構成されているために、図８に示すように分岐部２において第１段階の流体流が中間流路４よりも中間流路３の方に大量に流れる。また、分岐部２において中間流路３の断面積の方が中間流路４よりも大きいので、流路１内で流体流６１のような流体流もｙ方向に流れなくても中間流路３へ流れることができる。つまり、本実施例の流体流の分岐合流装置を用いると、第１段階の流体流においてｙ方向の流れが発生しないために層構成は乱れないので、この第１段階の流体流を合流して形成された第２段階の流体流から図７に示すような積層精度の高い断面をもつ多層フィルム５０が得られる。

次に、各層が所望の厚みを有する多層フィルムを得るための断面４０、４１の面積の算出方法を説明する。まず、適当なｙ方向の位置で中間流路３、４が分岐すると仮定して、第１の流路から第２の流路までの流体流の流速分布をストークス方程式から数値解析を用いて導き出す。次に、導き出された流速を積分することによって、中間流路３、４内の各分流体の流量を導き出す。導き出された各分流体の流量の比率と所望の各層厚みの比率との差から中間流路３、４が分岐する位置を調整し、再び各分流体の流量を導き出す。この作業を繰り返し、各層が所望の厚みを有する多層フィルムを得るための断面４０、４１の面積を算出する。

また、図９〜１１に示すように、分岐部２に断面４０、４１の面積を調整する面積調整手段、つまり面積調整工程を設けることによって、１つの流体流の分岐合流装置を用いて、層構成の異なる多層フィルムを複数種類形成できる。

図９は、本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられる分岐部２の構成を表すｚ方向に対して垂直な断面図で、面積調整手段および面積調整工程の例を示す。調整羽７０は軸７１を中心に回転させることにより、断面４０、４１の面積比率を調整することができる。つまり、所望の多層フィルムの層構成に対応して多層フィルムの製造前に手動で調整羽７０を回転させることによって、中間流路３、４に流れる複数の分流体の流量を調整することができる。また、流体流の分岐合流装置の外側から調節羽７０を回転させることができる構成にすることによって、製造中に多層フィルムの層構成を微調整することができる。

図１０、１１は、本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられる分岐部２の構成を表すｚ方向に対して垂直な断面図で、図９とは異なる面積調整手段および面積調整工程の例を示す。調整具８０、８１の形状によって、断面４０、４１の面積を調整することができる。図１０に示すように流体流の分岐合流装置を組み立てる際に調整具８０を設置すると、断面４０より断面４１の面積の方が小さくなり、中間流路３より中間流路４を流れる分流体の流量の方が小さくなる。一方、図１１に示すように流体流の分岐合流装置を組み立てる際に調整具８１を設置すると、断面４０よりも断面４１の面積の方が大きくなり、中間流路３より中間流路４を流れる分流体の流量の方が大きくなる。つまり、所望の多層フィルムの層構成に対応して流体流の分岐合流装置を組み立てる際に調整具８０、８１を使い分けて設置することによって、中間流路３、４に流れる複数の分流体の流量を調整することができる。また、様々な形状の調整具を使用することによって、より複数種類の層構成の異なる多層フィルムを形成できる。

また、本実施形態の流体流の分岐合流装置において用いられる複数の分流体の数を２つ以上４つ以下にすることによって、分岐・合流による流体流の流れの乱れを抑えることができ、より高い積層精度を実現することが期待できる。

また、本実施形態の流体流の分岐合流装置をｘ方向に沿って複数個接続することによって、より層数の多い、また各層がより複雑な所望の厚みを有する多層フィルムを形成することができる。例えば、２層の積層体（層厚み比、２：１）を第１段階の流体流として、上流側の流体流の分岐合流装置（分流体の流量比率、４：１）にて第２段階の流体流を形成し、形成された第２段階の流体流を第１の流体流として下流側の流体流の分岐合流装置（分流体の流量比率、１６：１）にて第２段階の流体流を形成すると、最終的に層厚み比が１２８：６４：３２：１６：８：４：２：１となる８層の多層フィルムを形成することができる。

［実施例１］
本発明の流体流の分岐合流装置を用いて、実際に多層フィルムを製造した結果を説明する。本実施例における具体的な多層フィルムの製造方法は以下の通りである。

（１）流体流：流体流Ａ；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（東レ（株）製熱可塑性樹脂Ｆ２０Ｓ）、流体流Ｂ；シクロヘキサンジメタノール共重合ＰＥＴ（イーストマン社製熱可塑性樹脂ＰＥＴＧ６７６３）
（２）仕込み：各流体流を乾燥後、押出機に供給。押出機は２８０℃に設定し、ギヤポンプ、フィルターを介した後、各流体流をフィードブロックに供給し合流させた。

（３）フィードブロック：供給された各流体流をｚ方向に交互に積層した第１段階の流体流を形成し、目標積層比はＡ：Ｂ＝１：１となるようにした。

（４）流体流の分岐合流装置：流体流の分岐合流装置は図１に示すような構成のものを用い、フィードブロックにて形成された第１段階の流体流から、２つの分流体を形成し、第２段階の流体流を形成した。また、分岐部を図６に示すような構成、すなわち、断面４０の方が断面４１よりも大きくなるような構成にし、各分流体の流量の比率を３：１となるように断面４０、４１の断面積を設定した。

（５）吐出：流体流の分岐合流装置で形成された第２段階の流体流をＴダイに供給しシート状に押出した後、静電印加（直流電圧８ｋＶ）にて表面温度２５℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し、多層フィルムを成形した。

また、本実施例における層厚みの測定および評価は次の方法によって行った。

（１）層厚み：フィルムの層構成は、断面を切り出したサンプルについて、電子顕微鏡観察により求めた。すなわち、透過型電子顕微鏡（（株）日立製作所製ＨＵ−１２型）を用い、フィルムの断面を３０００〜４００００倍に拡大観察し、断面写真を撮影し、層構成および各層厚みを測定した。サンプルはフィルムの幅方向にほぼ等分に５区分する点において採取した。なお、実施例では十分なコントラストが得られたため実施しなかったが、用いる樹脂の組み合わせによっては適当な染色技術を用いてコントラストを高めてもよい。

図１６は、実施例１におけるフィルムの幅方向に対する各界面の位置を示す。図１６において、横軸はフィルムの幅方向（流体流の分岐合流装置内ではｙ方向に対応）、縦軸は分布比率（フィルム全体の厚みに対する界面の位置）、点線は理想とする各界面の位置、実線は測定した各界面の位置を表している。各層の厚みに着目すると、図１６に示すようにフィルムの幅方向において、界面の位置の変化量が最大約５％と小さいため、各層の厚みが均一であることがわかる。
［比較例１］
流体流の分岐合流装置の構成において、合流部を図２に示すような構成すなわち、分岐部２において中間流路３、４の断面積をほぼ同じとし、合流部５において中間流路３の方が中間流路４よりも大きくなるような構成に変更し、各分流体の流量の比率を３：１となるように合流部５の中間流路３、４の大きさを設定した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。図１７は、比較例１におけるフィルムの幅方向に対する各界面の位置を示す。図１７において、横軸はフィルムの幅方向、縦軸は分布比率（フィルム全体の厚みに対する界面の位置）、点線は理想とする各界面の位置、実線は測定した各界面の位置を表している。各層の厚みに着目すると、図１７に示すようにフィルムの幅方向において、界面の位置の変化量が最大約１５％と大きく、各層の厚みが異なることがわかる。
［まとめ］
実施例１の結果（図１６）と比較例１の結果（図１７）から、流体流の分流に際し分流体の流量を異なるように分岐させる場合、積層精度が高く、各層が所望の厚みに積層された多層フィルムを形成する。

本発明により製造される多層フィルムは、複数種類の流体流が、その種類の数よりも多い数の複数の層に積層され、またその層が所望の厚みで、流体流が固化して形成されたものである。本発明によれば、層を精度良く積層し、高品質の多層フィルムを容易に製造できる。

一般的に用いられる流体流の分岐合流装置の内部構成を示す内部空間の斜視図。 特許文献１の流体流の分岐合流装置の合流部におけるｙ方向断面の概略図。 特許文献１の流体流の分岐合流装置を用いて製造された多層フィルムの断面図。 特許文献１の流体流の分岐合流装置の分岐部における流体流の流れを表すｚ方向断面の概略図。 特許文献１の流体流の分岐合流装置と同じ構成を有する装置の第１の流路における流体流の力を表すｘ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置の分岐部におけるｚ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置を用いて製造された多層フィルムの断面図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置の分岐部における流体流の流れを表すｚ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置の分岐部におけるｚ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置の分岐部におけるｚ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置の分岐部におけるｚ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置を用いた多層フィルムの製造装置および製造工程を説明するための斜視図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置において用いられるフィードブロックの内部構成を示す内部空間の部分斜視図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置において用いられるフィードブロックにおける流体流の流れを表すｙ方向断面の概略図。 本実施形態である流体流の分岐合流装置において積層数が２０層以上ある積層体を形成する場合に用いられるフィードブロックの内部構成を示す内部空間の部分斜視図。 実施例１における多層フィルムの各層の測定された厚み分布を示すグラフ。 比較例１における多層フィルムの各層の測定された厚み分布を示すグラフ。

符号の説明

１：第１の流路
２：分岐部
３、４：中間流路
５：合流部
６：第２の流路
１１〜１４：層
１１ａ〜１４ａ：ｙ方向に移動しようとする力
１１ｂ〜１４ｂ：ｚ方向に移動しようとする力
２０、５０：多層フィルム
２１Ａ〜２４Ａ、５１：流体流Ａの層
２１Ｂ〜２４Ｂ、５２：流体流Ｂの層
２３、５３：層厚みの厚い層群
２４、５４：層厚みの薄い層群
３０、３１、３２、６０、６１、６２：流体流
４０：分岐部における中間流路３のｘ方向に対して垂直な断面
４１：分岐部における中間流路４のｘ方向に対して垂直な断面
７０：調整羽
７１：調整羽の軸
８０、８１：調整具
９０、９１：流体流導入路
９２、９３：マニホールド
９４、９５：細孔
９６ｍ、９７ｍ：マニホールド付きスリット
９６、９７：スリット
９８：積層完了部
１００：流体流の分岐合流装置
１０１、１０２：流体流導入管
１０３：フィードブロック
１０４：導管
１０５：口金
１０６：積層シート
１０７：キャスティングドラム
１０８：未延伸フィルム

Claims (10)

1. ｘ−ｙ−ｚ座標系において、第１段階の流体流をｘ方向に沿って流体流分岐部まで流し、前記流体流分岐部において前記第１段階の流体流をｙ方向に分岐させて複数の分流体を形成し、流体流合流部において前記複数の分流体をそれぞれｚ方向に合流させて第２段階の流体流を形成する流体流の分岐合流方法であって、前記複数の分流体の形成に際し、前記複数の分流体のうち少なくとも一つの分流体の前記流体流分岐部におけるｘ方向に対して垂直な断面の面積が他の前記分流体とは異なるように前記第１段階の流体流を分岐させ、かつ前記流体流分岐部から前記流体流合流部までにおける流量解析から前記断面の面積の算出を行うことを特徴とする流体流の分岐合流方法。
2. 前記流体流分岐部において、前記複数の分流体のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整工程を有することを特徴とする請求項１に記載の流体流の分岐合流方法。
3. 前記複数の分流体の数が２つ以上４つ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体流の分岐合流方法。
4. 前記第１段階の流体流が複数種類の流体流を前記種類の数以上の数の層としてｚ方向に積層した積層体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体流の分岐合流方法。
5. ｘ−ｙ−ｚ座標系において、所定の空間を有する第１の流路と、分岐部において前記第１の流路に接続してｙ方向に分岐し、かつ合流部においてそれぞれｚ方向に合流する複数の中間流路と、前記合流部において前記複数の中間流路に接続する第２の流路とを有する流体流の分岐合流装置であって、前記分岐部において、前記複数の中間流路のうち少なくとも１つの中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積が他の前記中間流路とは異なっており、かつ前記分岐部から前記合流部までにおける流量解析から断面積を算出した前記断面を有することを特徴とする流体流の分岐合流装置。
6. 前記分岐部において、前記複数の中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整手段を有することを特徴とする請求項５に記載の流体流の分岐合流装置。
7. ｘ−ｙ−ｚ座標系において、所定の空間を有する第１の流路と、分岐部において前記第１の流路に接続してｙ方向に分岐し、かつ合流部においてそれぞれｚ方向に合流する複数の中間流路と、前記合流部において前記複数の中間流路に接続する第２の流路とを有する流体流の分岐合流装置であって、前記分岐部において、前記複数の中間流路のｘ方向に対して垂直な断面の面積を調整する面積調整手段を有しており、かつ前記分岐部から前記合流部までにおける流量解析から断面積を算出した前記断面を有することを特徴とする流体流の分岐合流装置。
8. 前記複数の中間流路の数が２つ以上４つ以下であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の流体流の分岐合流装置。
9. 複数種類の流体流を前記種類の数以上の数の層として積層した積層体を形成するフィードブロックと、前記積層体を第１段階の流体流として第２段階の流体流を形成する流体流の分岐合流装置と、前記第２段階の流体流をシート状に成形する口金とを備えた多層フィルムの製造装置であって、前記流体流の分岐合流装置が請求項５〜８のいずれかに記載の流体流の分岐合流装置であることを特徴とする多層フィルムの製造装置。
10. 請求項１〜４のいずれかに記載の流体流の分岐合流方法で第１段階の流体流を分岐し、第２段階の流体流として合流させ、前記第２段階の流体流をシート状に成形することを特徴とする多層フィルムの製造方法。

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