JP5169448B2

JP5169448B2 - フィルム洗浄方法及びフィルム洗浄装置

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Publication number: JP5169448B2
Application number: JP2008119688A
Authority: JP
Inventors: 雄二中津川; 達見高橋
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-05-01
Filing date: 2008-05-01
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-05-01
Also published as: JP2009268948A

Description

本発明は、フィルムを洗浄するフィルム洗浄方法及びフィルム洗浄装置に関する。洗浄を必要とするフィルムの用途としては、輸液バッグや血液バッグなどの医療用途や、液晶用フィルムやプラズマディスプレイ用フィルム、有機ＥＬディスプレイ用フィルムなどのディスプレイ用途や、光導波路パターンなどの光学素子用途が挙げられる。

電子ディスプレイ分野、エレクロトニクス分野に使用されるフィルムは、製膜、塗工、貼合などの工程を経て部材、プロセス材として使用される。その製造工程は、終始クリーン環境下での取り扱いが必須であり、埃、繊維、フィルム粕などの異物の製品への混入や付着などの欠陥、及びそれらに起因するキズ、押し跡などの物理的欠陥の発生は厳重に管理されている。これらの欠陥の発生頻度に対する市場の要求基準は急速に厳しくなってきている。また、欠陥の程度についても、従来問題とされなかった非常に微細な欠陥が許容されなくきており、改善を求められている。

従来、フィルム洗浄方法としては様々な方法が提案されている。例えば、下記特許文献１ではロール状のフィルムを巻き出して液体洗浄する方法、下記特許文献２では超音波の周波数を１０００［ｋＨｚ］以下、かつ洗浄時間を６０秒以下として、フィルムに対して超音波で液体洗浄する洗浄方法、下記特許文献３では溶解度パラメータが１６〜３０ＭＰａ^１／２の範囲、且つ沸点が５５〜１６０℃の範囲にある有機溶媒をフィルムに対して超音波で液体洗浄する洗浄方法、下記特許文献４には液晶素子製造工程中においてフィルムをアルカリ洗浄する方法、下記特許文献５には異物の再付着防止のために装置全体をＨＥＰＡフィルタを使用したクリーンブースで覆う方法、が開示されている。
特開２００８−１２３８７号公報特開２００７−２４６８４９号公報特開２００７−３９４９４号公報特開平６−１６８５６４号公報特開２００２−３１６１１６号公報

しかしながら、特許文献１ではロール状フィルムの洗浄装置構成に関する記載はあるものの具体的な洗浄条件に関する記載がなく、特許文献２では、強固に付着した異物は処理時間６０秒でも落ちない場合があり、その際の洗浄方法としては不十分である。特許文献３では有機溶媒を使用するためフィルム中の各種添加剤の溶出や表面変質が起きる可能性がある。特許文献４では枚葉状フィルムに関する記載はあるもののロール状フィルムに関する記載はなく、作業効率が劣る問題がある。特許文献５では装置全体をクリーンブースで覆うことは異物再付着に効果はあるものの装置が極めて肥大化することに繋がり、費用や設置スペースが大きくなる問題がある。

フィルムに多く付着する異物としては、埃、繊維、フィルム粕、機械からのオイルミスト、人からの皮膚や髪の毛など、が挙げられるが、フィルムに強固に付着した異物は、短時間の洗浄では除去しきれない場合があり、長時間の洗浄ではフィルムへの傷の発生などの負担が大きい。

そこで、本発明はフィルムへのこれらの負担を軽減しつつ、異物の十分な除去が可能なフィルム洗浄方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のフィルム洗浄方法は、ロール状に巻かれたフィルム（Ｗ）を巻き出す巻出し工程と、前記巻出し工程により巻き出されたフィルムを超音波で液体洗浄する第１洗浄工程と、前記第１洗浄工程後のフィルムを前記第１洗浄工程で設定された周波数よりも高い周波数の超音波で液体洗浄する第２洗浄工程と、洗浄したフィルムを乾燥する乾燥工程と、乾燥したフィルムをロール状に巻き取る巻取り工程と、を備え、前記第１洗浄工程の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］未満に設定され、前記第２洗浄工程の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］以上に設定され、前記第１及び第２洗浄工程にそれぞれ設けられて超音波を発振する超音波発振器（３６）と洗浄されるフィルムとの距離をＷ、洗浄液中での超音波速度をＵ、かつ１０００［ｍ／ｓ］＜Ｕ＜２０００［ｍ／ｓ］とし、前記第１及び第２洗浄工程における超音波周波数をＨ、正の整数ｎ、としたときに、以下の式Ｗ＝Ｕ÷Ｈ×ｎを満たし、前記第１及び前記第２洗浄工程の各工程では、洗浄液が貯留された洗浄槽（３５）に前記フィルムを進入させ、前記超音波発振器は、洗浄されるフィルムの両面にそれぞれ設けられて前記洗浄液中に超音波を伝播させ、その両面に設けられた前記超音波発振器はそれぞれ、同出力、同周波数を有し、かつ同期していることにより上記課題を解決する。

本発明のフィルム洗浄方法によれば、第１洗浄工程では、低周波の超音波で洗浄されるため、異物除去効果が高く、比較的大きな異物が除去される。第２洗浄工程では、高周波の超音波で洗浄されるため、小さな異物が除去される。第１洗浄工程で既に大きな異物が除去されているので、第２洗浄工程でも十分な洗浄効果を得ることができる。よって、低周波及び高周波の超音波洗浄を組み合わせて最適化することにより、フィルムへの負担を軽減しつつ、異物の十分な除去が可能となる。また、第１洗浄工程では、１００［ｋＨｚ］未満の低周波の超音波による洗浄、第２洗浄工程では、１００［ｋＨｚ］以上の高周波の超音波による洗浄をすることで、フィルムに傷等のダメージを付加することなく、フィルムに付着した異物を効果的に除去することができる。また、Ｕは超音波周波数や洗浄液の種類、温度により範囲をもつ。上記式の意味するところは、超音波発振器とフィルムとの距離は超音波一波長の整数倍であることであり、上記式を満たすとき、フィルムに付着した異物を更に効果的に除去することができる。

なお、ここで言う超音波とは、岩波書店の広辞苑記載の２０ｋＨｚ以上の周波数を有する音波を指す。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記乾燥工程は、前記第１及び第２洗浄工程の後にそれぞれ設けられた独立したエアナイフ室（３２ａ、３４ａ）にて、除塵された気体を前記フィルムに対して噴射してもよい。この形態によれば、エアナイフ室が独立しているので大気中からの異物の再付着を防ぐことができる。

エアナイフ室が設けられた形態において、前記エアナイフ室に設けられたエアナイフ（３２ｂ、３４ｂ）から噴射される前記気体がフィルムと接触する噴射領域が前記フィルムの幅方向（ｄ）に対して傾いて形成され、前記エアナイフの噴射方向が前記フィルムの進行方向と同一にならないようにして前記エアナイフが設置されていてもよい。この形態によれば、ロール状フィルムであってもエアナイフで切った水を短時間でフィルム端部から落とすことが可能となり、水跡が残り難くすることができる。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記乾燥工程は、前記第１及び第２洗浄工程の後に、フィルムに対して気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付けてもよい。この形態によれば、フィルム表面の水分をドライアイスによって氷にし、吹き飛ばすことができる。更に、常温による水分除去が可能であるため、熱乾燥によるフィルムの変形、変質を防ぐことができる。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記第１洗浄工程および第２洗浄工程の超音波のエネルギー出力が０．５〜１０［Ｗ／ｃｍ^２］の範囲に設定されていてもよい。この形態によれば、フィルムに傷等のダメージを付加することなく、フィルムに付着した異物を除去することができる。従って、フィルムへの負担低減と異物除去とが両立できるようになる。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記第１洗浄工程及び前記第２洗浄工程での洗浄時間の合計が、６０秒から２０分の範囲にあってもよい。この形態によれば、第１洗浄工程の洗浄時間を短く設定しても、第２洗浄工程による洗浄で異物を十分に除去することができる。超音波洗浄によるフィルムに与えるエネルギーの合計は、洗浄時間や、フィルムの搬送速度や、実際に超音波をあてる時間を制御することにより、調整できる。従って、合計した洗浄時間が６０秒以上であっても、フィルムに対して洗浄による傷等のダメージはない。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記第１洗浄工程及び前記第２洗浄工程で使用される洗浄液の温度が、２０度から５０度の範囲にあってもよい。洗浄液の温度が２０度よりも低いと異物が十分に除去でき難く、５０度を超えるとフィルムの延伸が発生する恐れがある。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記フィルムの厚さが２０〜２００［μｍ］の範囲にあってもよい。この形態によれば、フィルムに傷等のダメージを付加することなく、また、ロールフィルムの搬送にも支障なく、フィルムに付着した異物を除去することができる。従って、フィルムへの負担低減と異物除去とが両立できるようになる。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記フィルムが、単一材料、または２種類以上の複合材料からなっていてもよい。この形態によれば、各構成のフィルムを洗浄することができる。

本発明のフィルム洗浄方法の一形態において、前記フィルムの密度が、１．００〜２．１０［ｇ／ｃｍ^３］の範囲にあってもよい。この形態によれば、フィルムに傷等のダメージを付加することなく洗浄することができる。ウェブフィルムＷの密度が１．００［ｇ／ｃｍ^３］未満であると洗浄工程において溶媒に対してフィルムが浮くために浸漬洗浄には適さない。２．１０［ｇ／ｃｍ^３］を超えると、この場合はガラスなどの無機材料の複合割合が高い高分子複合材料に相当し、洗浄工程において高分子複合材料から無機材料の剥離が起こり易くなる。

本発明のフィルム洗浄装置は、ロール状に巻かれたフィルム（Ｗ）を巻き出す巻出し部（２）と、前記巻出し部により巻き出されたフィルムを超音波で液体洗浄する第１洗浄部（３１）と、前記第１洗浄部に対してフィルム搬送方向下流側に位置し、前記フィルムを前記第１洗浄部で設定された周波数よりも高い周波数の超音波で液体洗浄する第２洗浄部（３３）と、洗浄したフィルムを乾燥する乾燥部（３２、３４）と、乾燥したフィルムをロール状に巻き取る巻取り部（６）と、を備え、前記第１洗浄部の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］未満に設定され、前記第２洗浄部の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］以上に設定され、前記第１及び第２洗浄部の各洗浄部には、洗浄液が貯留された洗浄槽（３５）と、前記洗浄槽内に設置され、超音波を発振する超音波発振器（３６）と、が設けられ、前記超音波発振器と洗浄されるフィルムとの距離をＷ、洗浄液中での超音波速度をＵ、かつ１０００［ｍ／ｓ］＜Ｕ＜２０００［ｍ／ｓ］とし、前記第１及び第２洗浄工程における超音波周波数をＨ、正の整数ｎ、としたときに、以下の式Ｗ＝Ｕ÷Ｈ×ｎを満たし、前記超音波発振器は、洗浄されるフィルムの両面にそれぞれ設けられて前記洗浄液中に超音波を伝播させ、その両面に設けられた前記超音波発振器はそれぞれ、同出力、同周波数を有し、かつ同期していることにより上記課題を解決する。

本発明のフィルム洗浄装置によれば、第１洗浄部では、低周波の超音波で洗浄されるため、異物除去効果が高く、比較的大きな異物が除去される。第２洗浄部では、高周波の超音波で洗浄されるため、小さな異物が除去される。第１洗浄部で既に大きな異物が除去されているので、第２洗浄部でも十分な洗浄効果を得ることができる。よって、低周波及び高周波の超音波洗浄を組み合わせて最適化することにより、フィルムへの負担を軽減しつつ、異物の十分な除去が可能となる。

なお、本発明のフィルム洗浄装置においては、上述したフィルム洗浄方法の各形態と同様の形態にて実施することができる。例えば、前記第１及び第２洗浄部にそれぞれ設けられて超音波を発振する超音波発振器（３６）が、洗浄されるフィルムの両面にそれぞれ設けられ、その両面に設けられた前記超音波発振器はそれぞれ、同出力、同周波数を有し、かつ同期していてもよい。前記乾燥部は、前記第１及び第２洗浄部の後にそれぞれ設けられた独立したエアナイフ室（３２ａ、３４ａ）であり、除塵された気体を前記フィルムに対して噴射してもよい。前記エアナイフ室に設けられたエアナイフ（３２ｂ、３４ｂ）から噴射される前記気体がフィルムと接触する噴射領域が前記フィルムの幅方向に対して傾いて形成され、前記エアナイフの噴射方向が前記フィルムの進行方向と同一にならないようにして前記エアナイフが設置されていてもよい。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上、説明したように、本発明のフィルム洗浄方法及び装置においては、第１洗浄工程では、低周波の超音波で洗浄されるため、異物除去効果が高く、比較的大きな異物が除去される。第２洗浄工程では、高周波の超音波で洗浄されるため、小さな異物が除去される。第１洗浄工程で既に大きな異物が除去されているので、第２洗浄工程でも十分な洗浄効果を得ることができる。よって、低周波及び高周波の超音波洗浄を組み合わせて最適化することにより、フィルムへの負担を軽減しつつ、異物の十分な除去が可能となる。

図１に本発明の一形態に係るフィルム洗浄装置の概略図を示す。フィルム洗浄装置１は、ロール状のウェブフィルムＷを巻き出す巻出し部としての巻出し装置２と、巻き出したウェブフィルムＷを超音波で液体洗浄する超音波洗浄部３と、ウェブフィルムＷに対して気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付けて洗浄するドライアイス洗浄部４と、ウェブフィルムＷの異物、傷等の欠陥の有無を検査する検査部５と、ウェブフィルムをロール状に巻き取る巻取り部としての巻取り装置６とを備えている。巻出し装置２は、ロール状に巻かれたウェブフィルムＷを巻き出す。ウェブフィルムＷは、ロール状に巻かれた状態で巻出し装置２に供給され、巻出し装置２と巻取り装置６との間を複数のガイドローラに掛け回されて図示しない駆動源により動力を得て搬送される。

超音波洗浄部３は、ウェブフィルムＷに対して１回目の洗浄をする第１洗浄部３１と、第１洗浄部３１で洗浄したウェブフィルムＷを乾燥する第１乾燥部３２と、ウェブフィルムＷに対して２回目の洗浄をする第２洗浄部３３と、第２洗浄部３３で洗浄したウェブフィルムＷを乾燥する第２乾燥部３４とを備えている。第１洗浄部３１には、ウェブフィルムＷを洗浄液に浸すための洗浄槽３５と、洗浄液に超音波振動を付与する超音波発振器３６ａ、３６ｂ（区別しない場合は参照符号３６で代表することがある。）とが設けられている。洗浄槽３５には、洗浄液が貯留される。第１洗浄部３１は、ウェブフィルムＷの搬送経路が洗浄槽３５内に進入するように構成される。ウェブフィルムＷは、洗浄槽３５で洗浄液に浸けられる。超音波発振器３６ａはウェブフィルムＷの表面側に、超音波発振器３６ｂはウェブフィルムＷの裏面側にそれぞれ設けられる。超音波発振器３６として、周知の各種発振器を利用することができる。超音波発振器３６は、洗浄液中に超音波を伝播させる。なお、超音波発振器３６は、ウェブフィルムＷの表面側、あるいは裏面側のいずれか一方に設けられていてもよい。第２洗浄部３３は第１洗浄部３１と同様の構成であるため、同様の符号を付して説明を省略する。

第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３では、ウェブフィルムＷに対して超音波洗浄が行われる。超音波洗浄は、キャビテーション効果及び加速度効果の二種類の効果により洗浄作用が得られる。キャビテーション効果とは、超音波により液体に生じた真空の気泡が破裂することによる衝撃波を利用した洗浄効果のことである。洗浄液に超音波を照射すると、洗浄液が激しく揺さぶられ、局所的に無数の高圧力領域と低圧力領域とが生じ、低圧力領域では小さな真空の空洞が発生する。この空洞がキャビテーションで、再び圧力が高くなってキャビテーションが押しつぶされるとき、洗浄液中に衝撃波を発生させる。この衝撃波が、ウェブフィルムＷに付着した異物を剥離させる。また、超音波の振動加速度が速いため、加速度による効果としてウェブフィルムＷから異物を振り切り離す効果がある。例えば、２８［ｋＨｚ］の超音波で１０００［Ｇ］の加速度が発生する。

第１洗浄部３１では、１００［ｋＨｚ］未満の周波数の超音波が設定される。第２洗浄部３３では、１００［ｋＨｚ］以上の周波数の超音波が設定される。第１洗浄部３１では、一例として、周波数が２８〜５０［ｋＨｚ］の範囲となる低周波の超音波を洗浄液に照射する。キャビテーション効果を利用して、比較的大きな異物が除去されて、ウェブフィルムＷが洗浄される。一方、第２洗浄部３３では、一例として、周波数が１２０〜２０００［ｋＨｚ］の範囲となる高周波を洗浄液に照射する。これにより、キャビテーションの発生がほとんどなく、振動加速度によるウェブフィルムＷへの傷等のダメージが加えられることがない。よって、微細な異物までも除去することが可能となる。また、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３の洗浄液の温度は、１０〜８０度の範囲で設定され、特に、２０〜５０度の範囲で設定されることが好ましい。これにより、フィルムに負担を付加することなく洗浄することができる。第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３の超音波のエネルギー出力は、０．５〜１０［Ｗ／ｃｍ^２］の範囲に設定されていることが好ましい。これによれば、ウェブフィルムＷに傷等のダメージを付加することなく、ウェブフィルムＷに付着した異物を除去することができる。０．５［Ｗ／ｃｍ^２］未満であると十分に異物除去することができず、１０［Ｗ／ｃｍ^２］を超えるとウェブフィルムＷに傷が入り易くなる。

第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３の洗浄時間の合計は、６０秒〜３０分の範囲に設定され、特に、６０秒〜２０分の範囲に設定されることが好ましい。一例として、第１洗浄部３１の洗浄時間は３０秒〜１５分の範囲に設定し、第２洗浄部３３の洗浄時間は３０秒〜３０分の範囲に設定する。ウェブフィルムＷの厚さが２０〜２００［μｍ］の範囲に設定されていることが好ましい。これにより、ウェブフィルムＷに傷等のダメージを付加することなく、また、ロールフィルムの搬送にも支障なく、ウェブフィルムＷに付着した異物を除去することができる。２０［μｍ］未満の厚さであるとウェブフィルムＷに傷が入り易く、特にピンホール及びフィルム中の気泡などの欠陥がある場合は、そこをきっかけとしてウェブフィルムＷが破断する恐れが高くなる。一方、２００［μｍ］を超える厚さとなると経験的にウェブフィルムＷの表裏面で洗浄度の違いが確認されている。なお、洗浄液として、水、有機溶剤、洗浄剤、界面活性剤等を利用することができ、特に、純水、イソプロピルアルコール、酢酸ブチル、エタノール等のアルコール系や、アルカリ性洗浄剤を利用することが好ましい。例えば、第１洗浄部３１では洗浄液としてアルカリ性洗浄剤等の薬剤が使用された洗浄工程が、第２洗浄部３３では洗浄液として純水が使用されたリンス工程が実施される。溶解度パラメータについては、特許文献３にも記載されているが、理論上は異物と洗浄液との値を近づけるのが好ましい。しかしながらウェブフィルムＷ上の異物としては埃、繊維、フィルム粕、オイルミストなど様々が確認されており、各異物に溶解度パラメータが合った洗浄液を適用するのは実用的ではない。本発明者らは鋭意検討した結果、超音波発振器３６ａ、３６ｂがウェブフィルムＷの両面に設けられ、超音波発振器３６ａ、３６ｂがそれぞれ同出力、同周波数を有し、且つ同期させることで、洗浄液の溶解度パラメータの適正範囲を広げられることを確認した。すなわち、本発明の形態によれば、溶解度パラメータが５０（ＭＰａ）^１／２以下の洗浄液であれば洗浄剤として十分適用できる。

ウェブフィルムＷの密度が１．００〜２．１０［ｇ／ｃｍ^３］の範囲に設定されていることが好ましい。これにより、ウェブフィルムＷに傷等のダメージを付加することなく、ウェブフィルムＷに付着した異物を除去することができる。密度が１．００〜２．１０［ｇ／ｃｍ^３］の範囲にあるウェブフィルムＷには、例えばポリエステルフィルム（密度１．４０）、ポリエチレンナフレタートフィルム（密度１．３８）、延伸皇室塩ビフィルム（密度１．４０）、ポリカーボネートフィルム（密度１．２０）、トリアセテートフィルム（密度１．３０）、ポリイミドフィルム（密度１．４３）、ポリスチレンフィルム（密度１．０３）、アクリルフィルム（密度１．１９）、ナイロンフィルム（密度１．１）、フェノールフィルム（密度１．３）、エポキシフィルム（密度１．１７）、ガラスとアクリルフィルムの１対１複合フィルム（密度１．８）、などが挙げられる。ウェブフィルムＷの密度が１．００［ｇ／ｃｍ^３］未満であると洗浄工程において溶媒に対してフィルムが浮くために浸漬洗浄には適さない。２．１０［ｇ／ｃｍ^３］を超えると、この場合はガラスなどの無機材料の複合割合が高い高分子複合材料に相当し、洗浄工程において高分子複合材料から無機材料の剥離が起こり易くなる。

第１乾燥部３２は、エアナイフ室３２ａと、エアナイフ室３２ａ内に設けられ、ウェブフィルムＷの表面及び裏面に設けられたエアナイフ３２ｂとを有する。エアナイフ室３２ａは、独立して設置されている。エアナイフ３２ｂは、エアの噴射口が互いに対向するようにして設置され、同程度の圧力で同時にエアを噴射する。このエアは除塵されている。これにより、大気中からの異物の再付着を防ぐことができる。エアナイフ室３２ａに設けられたエアナイフ３４ｂから噴射されるエアがウェブフィルムＷと接触する噴射領域がウェブフィルムＷの幅方向に対して傾いて形成されている。図２に、ウェブフィルムＷとエアナイフ３２ｂとの位置関係を示す。図２は、ウェブフィルムＷの上面から第１乾燥部３２を見た図である。ウェブフィルムＷの幅方向ｄに対してエアナイフ３２ｂの長軸方向が傾いているため、エアナイフ３２ｂがエアを噴射する噴射領域がウェブフィルムＷの幅方向ｄに対して傾いている。これにより、ウェブフィルムＷのようにロール状フィルムであってもエアナイフ３２ｂで切った水を短時間でフィルム端部から落とすことが可能となり、水跡が残り難くすることができる。第２乾燥部３４も第１乾燥部３２と同様にして構成される。ウェブフィルムＷの両面から均一に水分が除去されるには、液面から垂直にウェブフィルムＷが引き上げられていることが好ましい。

第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３には、洗浄液循環手段があってもよい。洗浄液循環手段は、第１及び第２洗浄部３１、３３における洗浄液を回収し、再利用するもので、例えば洗浄部下方に設置したドレインパイプから洗浄液を洗浄タンクに集め、フィルターで濾過して送液ポンプにより再度洗浄部へ供給する方法が考えられる。フィルターは、洗浄液中の固形分や油分、汚れ分を分離するもので、例えば、繊維状あるいは中空繊維状タイプのフィルターを例示することができる。送液ポンプは、耐薬品性があることが好ましく、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ等を例示することができる。

ドライアイス洗浄部４には、気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付ける吹付け部材としての吹付けノズル４１ａ、４１ｂ（参照符号４１で代表することがある。）が設けられている。吹付けノズル４１ａ、４１ｂは、同様の構成を有する部材で、各ノズル４１ａ、４１ｂの吹付け方向が互いに向かい合うようにウェブフィルムＷの両面側にそれぞれ対向して設けられている。吹付けノズル４１は、気体とともにパウダー状のドライアイスをウェブフィルムＷに対して吹き付ける。なお、吹付け圧力は、０．１〜１．０［ＭＰａ］の範囲で使用され、特に、０．０５〜０．５［ＭＰａ］の範囲で使用されることが好ましい。図３に吹付けノズル４１とウェブフィルムＷとの位置関係を示す。吹付けノズル４１によるドライアイスの吹付け角度は、ウェブフィルムＷの洗浄面の接線方向と吹付けノズル４１の吹付け方向とのなす角度が１５〜７５度の範囲に設定され、特に、３５〜６５度の範囲が好ましい。吹付け角度が１５度未満となると、吹付けによる衝撃力が不足し、十分な洗浄効果が得られない。一方、吹付け角度が７５度を越えると、噴射されたドライアイスがウェブフィルムＷの洗浄面に衝突することで生じる乱気流の程度が大きく、一旦除去された異物が再付着するおそれがある。なお、吹付けノズル４１ａ、４１ｂは、ウェブフィルムＷの搬送方向下流側及び上流側のいずれの側に傾けてもよく、各ノズル４１ａ、４１ｂの吹付け角度は、１５〜７５度の範囲であれば、個別に設定してもよい。各ノズル４１ａ、４１ｂの吹付け方向が互いに向かい合うようにして設けた場合には、ドライアイスの吹付けにより発生する気流が乱れることなく、乱気流が抑制される。吹付けノズル４１から吹き付けられるドライアイスがウェブフィルムＷと接触する吹き付け領域がウェブフィルムＷの幅方向に対して傾いて形成されている。図４に、ウェブフィルムＷと吹き付けノズルとの位置関係を示す。図４は、ウェブフィルムＷの側面からドライアイス洗浄部４を見た図である。ウェブフィルムＷの幅方向ｄに対して吹き付けノズル４１の長軸方向が傾いているため、吹付けノズル４１がドライアイスを吹き付ける領域がウェブフィルムＷの幅方向ｄに対して傾いている。これにより、ウェブフィルムＷのようにロール状フィルムであってもドライアイス吹き付けにより除去した異物を時間でフィルム端部から落とすことが可能となり、異物の再付着を起こり難くすることができる。

ドライアイス洗浄部４では、高圧の液化炭酸ガスを自由膨張させることにより生成したパウダー状のドライアイスを、圧縮空気又は窒素ガスを利用したアシストガスにより加速させてウェブフィルムＷに吹き付ける。なお、ドライアイスは、０．０２〜１．０［ｍｍ］の範囲の粒径のものが使用され、特に、５０〜５００［μｍ］の範囲の粒径が好ましい。液化炭酸ガスの流量は、２０〜５００［ｇ／ｍｉｎ］の範囲で使用され、特に、５０〜３００［ｇ／ｍｉｎ］の範囲で使用されることが好ましい。アシストガスの流量は、１０〜９００［Ｌ／ｍｉｎ］の範囲で使用され、特に、５０〜４００［Ｌ／ｍｉｎ］の範囲で使用されることが好ましい。

ドライアイス洗浄部４は、アシストガスを加熱するヒーターを有していてもよい。ヒーターによりアシストガスの温度をコントロールすることができる。加熱したアシストガスをドライアイスとともにウェブフィルムＷに吹き付けることで、吹付けノズル４１ａ、４１ｂの吐出口の結露を防止し、かつウェブフィルムＷの温度低下によるダメージを低減することが可能となる。なお、アシストガスの温度は、２０〜８０度の範囲で使用され、特に、２５〜６５度の範囲で使用されることが好ましい。

ドライアイスは、ウェブフィルムＷに接触すると、固体から気体に昇華する。その際の体積膨張により約５．２７［ｋｇｆ／ｃｍ^２］の圧力が発生することにより強力な洗浄効果が得られる。このため、ドライアイスによる傷が生じることなくウェブフィルムＷは洗浄される。一方、ウェブフィルムＷの異物に対しては急激な冷却作用が生じるため、ウェブフィルムＷから剥がれやすくなり、洗浄の効果が高まる。ドライアイス洗浄部４は、吹付けノズル４１の周辺に空気を吸引する吸引機構を設けてもよい。ドライアイスの吹付けや昇華による風圧が乱気流の原因となるため、吸引機構により吹付けノズル４１の周囲の空気を吸引することで、乱気流を抑制することができる。従って、一旦除去された異物が乱気流によって再付着することを防止することができる。吸引機構は、吹付けノズル４１の下方位置に設けてもよい。また、ドライアイス洗浄部４は、ウェブフィルムＷを除電する除電装置を設けてもよい。除電することにより、一旦除去された異物がウェブフィルムＷの帯電により誘引されることを防止することができる。なお、除電装置としては、電圧印加式の除電装置が好ましく、一例として、ＲｉｃｈｍｏｎｄＳｔａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌＳｅｒｖｉｃｅｓＩｎｃ．製のＰｕｌｓｅｒＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＰＦＣ−２０（商標）を利用することができる。

ドライアイス洗浄部４はフィルム乾燥部としても使用してもよい。フィルムに対して気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付けることにより、フィルム表面の水分をドライアイスによって氷にし、吹き飛ばすことができる。更に、常温による水分除去が可能であるため、熱乾燥によるフィルムの変形、変質を防ぐことができる。

検査部５には、ＣＣＤセンサが設けられている。ＣＣＤセンサにより、ウェブフィルムＷの異物や傷等の欠陥の有無が検査される。巻取り装置６は、ウェブフィルムＷをロール状に巻き取る。

フィルム洗浄装置１の動作を説明する。ウェブフィルムＷは、巻出し装置２から巻き出されて第１洗浄部３１に搬送される。ウェブフィルムＷは、洗浄層３５に浸けられて超音波洗浄される。ウェブフィルムＷは超音波発振器３６ａ、３６ｂにより、表裏面側からそれぞれ超音波が発振されて洗浄される。第１洗浄部３１では、１００［ｋＨｚ］未満の周波数の超音波が使用される。最初の洗浄工程が異物除去効果の高い低周波の超音波洗浄工程であるため、第１洗浄部３１では大きな異物が取り除かれる。洗浄後は第１乾燥部３２で、エアナイフ３２ｂにより高圧のエアを帯状に噴射し、ウェブフィルムＷの水切りをする。エアナイフ３２ｂのエアの噴射領域が、ウェブフィルムＷの幅方向ｄに対して傾いて形成されているので、ウェブフィルムＷのようにロール状フィルムであってもエアナイフ３２ｂで切った水を短時間でフィルム端部から落とすことが可能となり、水跡が残り難くすることができる。

次に、第２洗浄部３３にて、１００［ｋＨｚ］以上の周波数の超音波による洗浄工程が実施される。第１洗浄部３１で大きな異物が除去されているので、第２洗浄部３３では、小さな異物が除去されることにより、十分な洗浄効果を得ることができる。第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３での洗浄工程の合計時間が６０秒から３０分の範囲に設定することで、第１洗浄部３１の洗浄時間を短く設定しても第２洗浄部３３による洗浄で異物を十分に除去することができる。従って、合計した洗浄時間が６０秒以上であっても、ウェブフィルムＷに対して洗浄による傷等のダメージはない。また、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３の超音波発振器３６とウェブフィルムＷとの距離をＷ、洗浄液中での超音波速度をＵ、かつ１０００［ｍ／ｓ］＜Ｕ＜２０００［ｍ／ｓ］とし、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３における超音波周波数をＨ、正の整数ｎ、としたときに、式Ｗ＝Ｕ÷Ｈ×ｎを満たすようにしてもよい。Ｕは超音波周波数や洗浄液の種類、温度により範囲をもつ。上記式の意味するところは、超音波発振器３６とウェブフィルムＷとの距離は超音波一波長の整数倍であることであり、実験によると、まだ理論的には説明できないが、結果として波長の整数倍にある試料はよく汚れが落ちることが確認できている。

第２乾燥部３４で第１乾燥部３２と同様に水切りした後、ウェブフィルムＷは、ドライアイス洗浄部４に搬送される。ドライアイス洗浄部４では、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３で除去されずに残留した異物に対して、パウダー状のドライアイスが衝突することにより、それら異物が除去される。吹付けノズル４１ａ、４１ｂが、それぞれウェブフィルムＷの表裏面側から同程度の強さでドライアイスを吹き付ける。吹付けノズル４１ａ、４１ｂの吹付け角度は、ウェブフィルムＷの洗浄面の法線方向に対して１５〜７５度の範囲に設定されているので、ドライアイスの吹付けや昇華による風圧により生じる乱気流の発生を抑えることができる。従って、一旦除去された異物の乱気流による再付着を低減することができる。更に、ドライアイスの吹き付け領域が、ウェブフィルムＷの幅方向ｄに対して傾いて形成されているので、ウェブフィルムＷのようにロール状フィルムであってもドライアイス吹き付けにより除去した異物を時間でフィルム端部から落とすことが可能となり、異物の再付着を起こり難くすることができる。ドライアイス洗浄部４はフィルム乾燥効果も得られる。フィルムに対して気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付けることにより、フィルム表面の水分をドライアイスによって氷にし、吹き飛ばすことができる。更に、常温による水分除去が可能であるため、熱乾燥によるフィルムの変形、変質を防ぐことができる。

検査部５では、ＣＣＤセンサによるウェブフィルムＷの欠陥の有無が検査される。フィルム洗浄装置１には、ラベラが設けられていてもよく、欠陥が検出された場合には、ラベラにより欠陥のある箇所を示すようにウェブフィルムＷにラベルが貼られる。これにより、次工程で欠陥のある箇所を避けてウェブフィルムＷを処理することができる。その後、ウェブフィルムＷは巻取り装置６によりロール状に巻き取られる。

本形態では、巻出し装置２が巻出し工程として、第１洗浄部３１が第１洗浄工程として、第２洗浄部３３が第２洗浄工程として、第１乾燥部３２及び第２乾燥部３４が乾燥工程として、巻取り装置６が巻取り工程として、それぞれ機能する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３を設けた例で説明し、本形態の第１洗浄部３１と第２洗浄部３３とを最低限具備することでウェブフィルムＷの洗浄が十分に達成される。しかしながら、これに限定されず、３つ以上の洗浄部を設けてもよい。洗浄工程の下流側へ行くに従い超音波の周波数を高く設定することにより、ウェブフィルムＷの負担を軽減しつつ、異物の十分な除去ができる。

２種類以上の複合材料からなるウェブフィルムＷとしては、例えば、多官能アクリレート樹脂をガラス繊維に含浸した後に紫外線硬化装置により連続的に硬化して得られる複合フィルムや、単一材料からなるフィルムの少なくとも片面に膜厚３０〜１００［ｎｍ］のＳｉＯｘやＩＴＯなどの成膜を行った積層フィルムが挙げられる。これら複合材料からなるウェブフィルムＷの場合は、ガラスや無機膜が含まれているため、単一材料からなるフィルムと比較し、脆い欠点があり、特にフィルム厚さ方向の力により傷が入り易い。超音波洗浄やドライアイス洗浄はまさにフィルム厚さ方向の力がかかる洗浄である。本発明によれば、超音波周波数、超音波エネルギー、洗浄時間、フィルム膜厚、を適切な範囲に設定するため、フィルムへの負担低減と異物除去が可能となり、これら複合材料からなるフィルムの場合でも、問題なく傷なく洗浄することができる。

図５に示す表を参照して、本形態のフィルム洗浄装置１の実施例について説明する。図５は、実施例の評価結果を示す表Ｔａである。ウェブフィルムＷには単一材料からなる１００［μｍ］厚さのポリエステルフィルム（品名：コスモシャインＡ４３００，メーカー：東洋紡績（株））を用い、洗浄液にはアルカリ洗浄液３ｗｔ％（品名：セミコクリーン２３、メーカー：フルウチ化学（株））を用いた。実施例１〜５では、第１洗浄部３１での洗浄における超音波の周波数を４０［ｋＨｚ］に設定し、第２洗浄部３３での洗浄における超音波の周波数を１４０［ｋＨｚ］に設定してウェブフィルムＷの洗浄処理を行った。第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３での合計洗浄時間は、実施例１〜５でそれぞれ９０秒、１８分、１０分、１０分、１０分とし、ドライアイス洗浄部４での吹付けノズル４１の吹付け角度は、実施例１〜３ではドライアイスの吹付けなし、実施例４では３０度、実施例５では７０度にそれぞれ設定してドライアイスによる洗浄を行った。比較例１は、第１洗浄部３１での洗浄における超音波の周波数を４０［ｋＨｚ］に設定し、第１洗浄部３１のみで洗浄を１０分間行い、比較例２は、第２洗浄部３３での洗浄における超音波の周波数を１４０［ｋＨｚ］に設定し、第２洗浄部３３のみで洗浄を１０分間行い、それぞれ、ドライアイスによる洗浄は行わなかった。比較例３は、第１洗浄部３１での洗浄における超音波の周波数を４０［ｋＨｚ］に設定し、第２洗浄部３３での洗浄における超音波の周波数を１４０［ｋＨｚ］に設定して、第１洗浄部３１及び第２洗浄部３３での合計洗浄時間を１０分、ドライアイスの吹付け角度を９０度に設定してドライアイスによる洗浄を行った。

［評価方法］
異物個数：各実施例及び比較例における洗浄工程終了後のウェブフィルムＷを異物検出器（品名：ＳＣＡＮＴＥＣ７０００Ｃ２ｓｙｓ２、メーカー：長瀬産業（株））に通して検査を行い、３００×３００［ｍｍ］面積あたりの１５［μｍ］以上の埃、繊維、フィルム片等の異物を計数した。
ウェブフィルムＷの傷：投光器を用いた目視による傷を確認した。

比較例１によると、低周波による洗浄のみの場合には、残った異物の数は少ないが傷が発生した。比較例２は高周波による洗浄のみのため、残った異物の数が多く、洗浄が十分になされていない可能性がある。比較例１、２と比べると、実施例１〜３は、良好に洗浄が行われていることがわかる。低周波と高周波の超音波洗浄を組み合わせることで、６０秒以上の洗浄時間であっても傷の発生がなく、しかも良好に異物を除去することができる。

比較例３は、ドライアイス洗浄部４の吹付けノズル４１の吹付け角度が９０度、つまり、ウェブフィルムＷに対して直角にドライアイスを吹き付けた場合で、残った異物の数が多く、傷も発生している。吹付けによる乱気流の影響が大きく、一旦除去された異物が再付着して、その際に傷も発生しているものと考えられる。実施例４、５では、乱気流の発生が抑えられ、良好に異物が除去されている。ドライアイスを吹き付けない実施例３と比べても、残った異物の個数が少なく、ドライアイス洗浄により、良好に異物が除去されていることがわかる。

本発明の一形態に係るフィルム洗浄装置の概略図。ウェブフィルムとエアナイフとの位置関係を説明する図。吹付けノズルとウェブフィルムとの位置関係を説明する図。ウェブフィルムと吹き付けノズルとの位置関係を説明する図。実施例の評価結果を示す表。

符号の説明

１フィルム洗浄装置
２巻出し装置（巻出し部）
３超音波洗浄部
３１第１洗浄部
３３第２洗浄部
４ドライアイス洗浄部
６巻取り装置（巻取り部）
Ｗウェブフィルム（フィルム）

Claims

ロール状に巻かれたフィルムを巻き出す巻出し工程と、前記巻出し工程により巻き出されたフィルムを超音波で液体洗浄する第１洗浄工程と、前記第１洗浄工程後のフィルムを前記第１洗浄工程で設定された周波数よりも高い周波数の超音波で液体洗浄する第２洗浄工程と、洗浄したフィルムを乾燥する乾燥工程と、乾燥したフィルムをロール状に巻き取る巻取り工程と、を備え、
前記第１洗浄工程の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］未満に設定され、前記第２洗浄工程の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］以上に設定され、
前記第１及び第２洗浄工程にそれぞれ設けられて超音波を発振する超音波発振器と洗浄されるフィルムとの距離をＷ、洗浄液中での超音波速度をＵ、かつ１０００［ｍ／ｓ］＜Ｕ＜２０００［ｍ／ｓ］とし、前記第１及び第２洗浄工程における超音波周波数をＨ、正の整数ｎ、としたときに、以下の式
Ｗ＝Ｕ÷Ｈ×ｎ
を満たし、
前記第１及び前記第２洗浄工程の各工程では、洗浄液が貯留された洗浄槽に前記フィルムを進入させ、
前記超音波発振器は、洗浄されるフィルムの両面にそれぞれ設けられて前記洗浄液中に超音波を伝播させ、その両面に設けられた前記超音波発振器はそれぞれ、同出力、同周波数を有し、かつ同期していることを特徴とするフィルム洗浄方法。
前記乾燥工程は、前記第１及び第２洗浄工程の後にそれぞれ設けられた独立したエアナイフ室にて、除塵された気体を前記フィルムに対して噴射することを特徴とする請求項１に記載のフィルム洗浄方法。
前記エアナイフ室に設けられたエアナイフから噴射される前記気体がフィルムと接触する噴射領域が前記フィルムの幅方向に対して傾いて形成され、前記エアナイフの噴射方向が前記フィルムの進行方向と同一にならないようにして前記エアナイフが設置されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルム洗浄方法。
前記乾燥工程は、前記第１及び第２洗浄工程の後に、フィルムに対して気体とともにパウダー状のドライアイスを吹き付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記第１洗浄工程および第２洗浄工程の超音波のエネルギー出力が０．５〜１０［Ｗ／ｃｍ２］の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記第１洗浄工程及び前記第２洗浄工程での洗浄時間の合計が、６０秒から２０分の範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記第１洗浄工程及び前記第２洗浄工程で使用される洗浄液の温度が、２０度から５０度の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記フィルムの厚さが２０〜２００［μｍ］の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記フィルムが、単一材料、または２種類以上の複合材料からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
前記フィルムの密度が、１．００〜２．１０［ｇ／ｃｍ３］の範囲にあることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルム洗浄方法。
ロール状に巻かれたフィルムを巻き出す巻出し部と、前記巻出し部により巻き出されたフィルムを超音波で液体洗浄する第１洗浄部と、前記第１洗浄部に対してフィルム搬送方向下流側に位置し、前記フィルムを前記第１洗浄部で設定された周波数よりも高い周波数の超音波で液体洗浄する第２洗浄部と、洗浄したフィルムを乾燥する乾燥部と、乾燥したフィルムをロール状に巻き取る巻取り部と、を備え、
前記第１洗浄部の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］未満に設定され、前記第２洗浄部の超音波の周波数が１００［ｋＨｚ］以上に設定され、
前記第１及び第２洗浄部の各洗浄部には、洗浄液が貯留された洗浄槽と、前記洗浄槽内に設置され、超音波を発振する超音波発振器と、が設けられ、前記超音波発振器と洗浄されるフィルムとの距離をＷ、洗浄液中での超音波速度をＵ、かつ１０００［ｍ／ｓ］＜Ｕ＜２０００［ｍ／ｓ］とし、前記第１及び第２洗浄工程における超音波周波数をＨ、正の整数ｎ、としたときに、以下の式
Ｗ＝Ｕ÷Ｈ×ｎ
を満たし、
前記超音波発振器は、洗浄されるフィルムの両面にそれぞれ設けられて前記洗浄液中に超音波を伝播させ、その両面に設けられた前記超音波発振器はそれぞれ、同出力、同周波数を有し、かつ同期していることを特徴とするフィルム洗浄装置。