JP5173476B2 - 熱可塑性樹脂フィルムの製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は熱可塑性樹脂フィルムの製造装置及び熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に係り、特に、製造される熱可塑性樹脂フィルムが液晶表示装置等の光学用途に使用されるフィルムの製造技術に関する。
セルロース系樹脂や環状オレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂は、光学用途のフィルムとして広く使用されている。特に、セルロース系樹脂や環状オレフィン系樹脂のフィルムは、その透明性、強靱性、及び光学的等方性から、液晶表示装置用の光学フィルムとして利用されている。
熱可塑性樹脂フィルムの製造方法としては、溶融した熱可塑性樹脂をダイからフィルム状に吐出し、該吐出されたフィルムを複数の冷却ロールで冷却固化する方法がある(例えば、溶融製膜法)。このように製造された未延伸の熱可塑性樹脂フィルムは、例えば液晶表示装置の保護フィルム等に使用される。また、未延伸の熱可塑性樹脂フィルムを延伸してレターデーションを発現させたフィルムは、液晶表示装置の位相差フィルムとして使用される。
ところで、上記溶融製膜法においては、ダイから吐出されたフィルムは、該ダイから冷却ロールに着地するまでの間(エアギャップ)に外乱の影響を受け易く、厚みむらを生じるという問題があった。
この対策として、例えば特許文献1では、ダイと冷却ロールの周囲全体を遮蔽部材で囲むことにより、エアギャップ部においてフィルムが外部の空気の流れの影響を受けないようにすることが提案されている。
特開2006−150806号公報
しかしながら、特許文献1では、厚みむらの低減には一定の効果は示すものの、厚みむらを生じる空気の流れについての解析をしておらず、効果的且つ効率的に外乱を抑制できるものではなかった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、熱可塑性樹脂フィルムを溶融製膜法により製造する際の厚みむらを抑制し、光学用途に好適な熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1は前記目的を達成するために、溶融した熱可塑性樹脂をフィルム状に吐出するダイと、前記ダイの吐出口と対向配置され、前記吐出したフィルムを冷却固化する冷却ロールと、前記冷却ロールの幅方向端部と前記フィルムの幅方向端部との間において前記ダイの吐出口から前記冷却ロールの表面に着地するまでの前記フィルムの少なくとも幅方向端部を遮蔽する遮蔽手段と、を備え、前記遮蔽手段は、前記冷却ロールの幅方向端部と前記フィルムの幅方向端部との間に前記フィルム表面に対して略直交方向に設けられた遮蔽板であると共に、前記遮蔽板と前記フィルムの幅方向端部との間隔は50mm以下とし、且つ前記遮蔽板の下端部と前記冷却ロール面との隙間は接触しない範囲で10mm以下とすることで、前記冷却ロールに沿って前記遮蔽板の内側に流れ込む上昇気流を遮蔽することを特徴とする熱可塑性樹脂フィルムの製造装置を提供する。
本発明者らは、ダイが高温であるため冷却ロールとの温度差が大きくなり、例えば、従来のタッチロール方式の図23で説明すると、特に、冷却ロール2とタッチロール3との間の幅方向の両サイドからダイ4へ向かって上昇する上昇気流(矢印)がフィルム6の両面に生じることを見出した。この上昇気流は、ダイと冷却ロール表面との間のフィルム表面近傍において風速変動をもたらし、フィルム表面に温度分布を生じる原因となる。また、フィルム表面に温度分布が生じると冷却ロール上で冷却固化する際に、厚みむらを引き起こす原因ともなる。
請求項1によれば、冷却ロールの幅方向端部とフィルムの幅方向端部との間でダイの吐出口から冷却ロールの表面に着地するまでのフィルムの少なくとも幅方向端部を遮蔽する遮蔽手段を設ける。これにより、ダイから吐出されて冷却ロールの表面に着地するまでの間のフィルム表面近傍に上昇気流が当たるのを抑制できる。したがって、厚みむらの原因となるフィルム表面近傍の風速変動を低減できる。
請求項1によれば、吐出されるフィルムの幅方向端部を遮蔽する遮蔽板を、冷却ロールの幅方向端部とフィルムの幅方向端部との間に設ける。これにより、ダイから吐出されるフィルムの表面近傍に上昇気流が当たるのを抑制できる。
請求項1によれば、遮蔽部材とフィルムの幅方向側面との間隔を狭くするので、遮蔽性を向上できると同時に、フィルム表面近傍において冷却ロール表面からダイへと向かう上昇気流を生じ難くすることができる。
請求項2は請求項1において、前記遮蔽手段は、さらに前記フィルムの表面を含む周囲を囲うように設けられたことを特徴とする。これにより、フィルムの表面側に上昇気流が当たるのを確実に抑制でき、厚みむらが生じるのを防止できる。
請求項3は請求項1又は2において、前記ダイと前記冷却ロールとの間のフィルム表面近傍の温度を測定する測定手段と、該測定した結果に基づいて、前記フィルム表面近傍を所定温度にする加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項3によれば、ダイ周辺の雰囲気温度を高くするので、ダイと雰囲気温度との温度差を小さくすることができる。これにより、上昇気流を生じ難くすることができる。フィルム表面近傍とは、具体的には、フィルム表面からの距離が20mm以下となる範囲を示す。
請求項4は請求項1〜3の何れか1項において、前記ダイの吐出口から前記冷却ロール表面の前記フィルムの接地点までのエアギャップは200mm以下であることを特徴とする。
請求項4によれば、エアギャップを200mm以下にするので、外部の空気の流れ等の外乱を受けるフィルムの面積を小さくすることができる。これにより、厚みむらを生じるのを抑制できる。
請求項5は請求項1〜4の何れか1項において、前記冷却ロールと隣接してタッチロールが設けられ、前記ダイの吐出口が前記冷却ロールの頂点及び前記タッチロールの頂点のいずれよりも低い位置に設けられたことを特徴とする。
請求項5によれば、ダイの吐出口が冷却ロールの頂点及びタッチロールの頂点のいずれよりも低い位置になるように設けられる。これにより、ダイから吐出されたフィルムの両面が冷却ロールとタッチロールにより遮蔽され、上昇気流がフィルムに当たり難くすることができる。
本発明の製造方法によって光学用途の熱可塑性樹脂フィルムを製造すれば、厚みむらが1μm以下の良好な面状を有する光学フィルムを製造できるためである。
本発明によれば、熱可塑性樹脂フィルムを溶融製膜法により製造する際の厚みむらを抑制し、光学用途に好適な熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。
以下、添付図面に従って本発明に係る熱可塑性樹脂フィルムの製造方法の好ましい実施の形態について説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態は、少なくともフィルムの幅方向端部に遮蔽板を設置又はエア流を形成することにより遮蔽し、フィルム表面近傍に上昇気流が当たるのを抑制する例である。
図1は、本発明の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を実施するための製造装置の一例を示す構成図である。なお、本実施の形態では、セルロースアシレートフィルムを製造する例を示すが、本発明はこれに限定するものではなく、その他の環状オレフィン系等の熱可塑性樹脂フィルムにも適用できる。
図1に示すように、製造装置10は、主として、セルロースアシレート樹脂12を溶融
する押出機14と、溶融したセルロースアシレート樹脂12をフィルム状に吐出するダイ
16と、ダイ16から吐出された高温溶融状態のセルロースアシレートフィルム12A(以下、フィルム12Aという)を多段冷却する複数の冷却ロール18、20、22と、最後の冷却ロール22からフィルム12Aを剥離する剥離ロール24と、冷却されたフィルム12Aを巻き取る巻取機26と、より構成されている。
図2は、押出機14の構成を示す断面図である。同図に示すように、押出機14のシリンダ32内には、スクリュー軸34にフライト36を取りつけた単軸スクリュー38が設けられている。この単軸スクリュー38は、不図示のモータによって回転するようになっている。シリンダ32の供給口40には不図示のホッパーが取りつけられている。そして、このホッパーからセルロースアシレート樹脂12が供給口40を介してシリンダ32内に供給される。
シリンダ32内は、供給口40側から順に、供給口40から供給されたセルロースアシレート樹脂を定量輸送する供給部(Aで示す領域)と、セルロースアシレート樹脂を混練・圧縮する圧縮部(Bで示す領域)と、混練・圧縮されたセルロースアシレート樹脂を計量する計量部(Cで示す領域)と、より構成される。押出機14で溶融されたセルロースアシレート樹脂は、吐出口42からダイ16に連続的に送られる。
押出機14のスクリュー圧縮比は、1.5〜4.5に設定されることが好ましく、シリンダ内径に対するシリンダ長さの比L/Dは20〜70に設定されることが好ましい。ここで、スクリュー圧縮比とは、供給部Aと計量部Cとの容積比、即ち供給部Aの単位長さ当たりの容積÷計量部Cの単位長さ当たりの容積で表され、供給部Aのスクリュー軸34の外径d1、計量部Cのスクリュー軸34の外径d2、供給部Aの溝部径a1、及び計量部Cの溝部径a2とを使用して算出される。押出温度は190〜300℃が好ましい。さらに残存酸素による溶融樹脂の酸化を防止するため、押出機内を不活性(窒素等)気流中、あるいはベント付き押出し機を用い真空排気しながら実施するのも好ましい。
そして、押出機14によって溶融されたセルロースアシレート樹脂12は配管44(図
1参照)を介してダイ16に送られ、ダイ吐出口からフィルム状に吐出される。ダイ16
から吐出する吐出圧の変動は10%以内の範囲にすることが好ましい。
ダイ16の下流側には、図1に示すように、3本の冷却ロール18、20、22が多段配置されている。冷却ロール18は、隣設されたタッチロール28と挟み込むことで冷却固化するように構成されている。
図3は、ダイ16と冷却ロール18の間の構成を示す斜視図である。図4は、図3においてX方向からみた側面図であり、図5は、図3においてダイ16の厚さ方向中心線からY方向に切断したときの断面図である。
図3に示すように、ダイ16の吐出口から冷却ロール18の表面との間には、フィルム12Aの幅方向両端部を囲う一対の遮蔽板46、46が設けられている。
遮蔽板46は、冷却ロール18の両端部よりも内側で、且つダイ16の幅方向側面と隙間を介して設けられている。遮蔽板46は、ダイ16の側面に直接固定されてもよいし、図示しない支持部材によって支持固定されてもよい。
遮蔽板46の幅Wは、ダイ16の放熱による上昇気流を効率的に遮断できるように設けられ、例えば、図4に示すように、ダイ16側面の幅Wdと同等かそれ以上に設けられることが好ましい。
ダイ16の吐出口は、タッチロール28の頂点P、及び冷却ロール18の頂点Qのいずれよりも低い位置に設けられることが好ましい。これにより、ダイ16の吐出口が冷却ロール18とタッチロール28との間で外部から遮蔽されるので、ダイ16から吐出されるフィルム12Aが上昇気流等の影響を受け難くすることができる。
ダイ16の吐出口から冷却ロール18の表面との間のエアギャップLは、外部の空気の流れ(上昇気流を含む)の影響を受け難くする上で、200mm以下にすることが好ましい。
遮蔽板46とフィルム12Aの幅方向端部との隙間C1は、図5に示すように、冷却ロール18の表面に沿って流れ込む上昇気流を効率よく遮蔽する上で狭く形成されることが好ましく、フィルム12Aの幅方向端部から50mm程度であることがより好ましい。なお、ダイ16の側面と遮蔽板46との隙間C2は、必ずしも設ける必要はないが、遮蔽板46に囲まれた空間内の気流を排出できる程度、例えば10mm以下に形成されることが好ましい。
図6は遮蔽板46の下端部と冷却ロール18との間の断面図である。図6に示すように、遮蔽板46の下端部は、冷却ロール18の幅方向両端側から空気がダイ16側へ流れ込むのを効果的に抑止する上で、ラビリンス構造となっている。同図では、ラビリンス構造を遮蔽板46自体の厚さよりも厚く形成することで、空気の流動抵抗を増大させて遮断性を向上させているが、これに限定されることはなく、同じ厚さに形成してもよい。なお、遮蔽板46の下端部(図6ではラビリンス構造の凸部)は、冷却ロール18の表面と接触しない範囲で、冷却ロール18の表面との隙間C3が10mm以下となるように設定されることが好ましい。
このように構成することで、遮蔽板46に囲まれる空間内における風速の変動が0.5m/秒以下、好ましくは0.3m/秒以下、更に好ましくは0.1m/秒以下に調整される。さらに、風速の絶対値が1m/秒以下に調整されることが好ましい。
フィルム12A表面近傍の風速は、公知の風速計、例えば、日本カノマックス(株)製、アネモマスター風速計(本体:MODEL6162、プローブ:MODEL204)等を使用できる。なお、フィルム12A表面近傍の風速は、フィルム12Aの表面(膜面)から20mm以内の位置における値とする。
遮蔽板46としては、遮風性や保温性に優れたものが好ましく、例えば、ステンレス等の金属板が好ましく使用できる。
フィルム12Aの厚みむらに影響を及ぼす上昇流は、主に、ダイ16が高熱となっており、周囲の雰囲気や冷却ロール18等の表面温度との温度差が大きくなることによって生じる。そこで、フィルム12A表面近傍の雰囲気温度を高くすることでダイ16との温度差を小さくし、上昇流を生じ難くすることもできる。
図7は、フィルム12Aの表面近傍に温度制御機構を設けたときの構成の一例を示す斜視図である。
図7に示すように、遮蔽板46には、遮蔽板46で囲まれる空間を加熱するためのヒータ46A(加熱手段)が埋設されており、該ヒータ46Aは制御手段50に接続されている。また、フィルム12Aの表面近傍には温度センサ48が設けられており、測定結果を制御手段50に出力できるように構成されている。そして、フィルム12A表面近傍の温度が温度センサ48により測定されると、制御手段50は該測定した結果に基づいて、遮蔽板46に埋設されたヒータ46Aの加熱温度を制御する。これにより、フィルム12A表面近傍の雰囲気とダイ16との温度差が所定範囲となるように調整できる。
温度センサ48は、例えば、フィルム12A表面からの距離が20mm以下となる範囲に設置されることが好ましい。
加熱手段としては、上記ヒータに限らず各種加熱手段を使用できる。また、本実施の形態では、遮蔽板46にヒータ46Aを埋設したが、これに限定されず、遮蔽板46とは別の位置にヒータを設けてもよい。
また、遮蔽板46で囲まれる空間内から上昇気流を排出するための排出手段(不図示)が設けられてもよい。このような排出手段としては、特に限定はなく、例えば、吸引ポンプ、エジェクター等が使用できる。
タッチロール法とは、キャストドラム上にタッチロールを置いてフィルム表面を整形するものである。タッチロール28は通常の剛性の高いものではなく、弾性を有するものが好ましい。これにより過剰な面圧により表面凹凸を本発明の範囲以下にすることを抑制できる。このためには、ロールの外筒厚みを通常のロールよりも薄くすることが必要であり、外筒の肉厚Zは、0.05mm〜7.0mmが好ましく、より好ましくは0.2mm〜5.0mm、さらに好ましくは0.3mm〜3.5mmである。タッチロールは金属シャフトの上に設置し、その間に熱媒(流体)を通してもよく、外筒と金属シャフトの上に間に弾性体層を設け、外筒の間に熱媒(流体)を満たしたものが挙げられる。
タッチロールの温度は60℃〜160℃、より好ましくは70℃〜150℃、さらに好ましくは80℃〜140℃に設定するのが好ましい。このような温度制御はこれらのロール内部に温調した液体、気体を通すことで達成できる。このように内部に温調機構を有するものがより好ましい。
タッチロールの材質は金属であることが好ましく、より好ましくはステンレスであり、表面にメッキを行うことも好ましい。一方ゴムロールやゴムでライニングした金属ロールではゴム表面の凹凸が大きすぎ、上記の表面凹凸を持つ熱可塑性フィルムを製膜できず好ましくない。
タッチロール、キャスティングロールの表面は、算術平均高さRaが100nm以下、好ましくは50nm以下、さらに好ましくは25nm以下である。
複数の冷却ロールによる多段冷却温度条件として、フィルム搬送方向の上流側から順に、ロール表面温度が低くなるように設定することが好ましい。
次に、本発明の作用について図3及び図5を参照して説明する。
ダイ16から吐出されたフィルム12Aは、図3に示すように、冷却ロール18の表面上に着地した後、タッチロール28との間で挟まれながら冷却固化される。
このとき、図5に示すように、冷却ロール18の幅方向両端側からダイ16の吐出口へ向かって流れる上昇気流(点線矢印)が、一対の遮蔽板46、46により遮蔽される。これにより、冷却ロール18の表面からダイ16側へと向かう上昇気流がフィルム12A周辺に流入するのを抑止できる。これにより、フィルム12A表面近傍は、風速の変動が0.3m/秒以下に調整されるので、フィルム12Aの厚みむらを抑制できる。
さらに、図7に示すような温度制御機構を設けることで、フィルム12A表面近傍とダイ16との温度差ΔTを160℃以下に調整する。具体的には、ダイ16が240℃程度であれば、フィルム12Aの表面近傍の雰囲気温度を80℃以上にする。これにより、ダイ16とその周辺の温度差を小さくすることができ、上昇気流を生じ難くすることができる。
このように本実施の形態では、フィルム12Aを製膜する溶融製膜工程において、ダイ16と冷却ロール18表面との間のエアギャップに、冷却ロール18の表面に上昇気流が流入するのを防止できる。これにより、フィルム12A表面近傍に上昇気流による風速変動を生じることがなく、フィルム12Aに厚みむらが生じるのを抑制できる。したがって、面状に優れ、光学用途に適したセルロースアシレートフィルムを製造することができる。
本実施の形態では、ダイ16と冷却ロール18とのエアギャップが短い場合において、遮蔽板46をダイ16の幅方向両側面のみに設ける例について説明したが、該エアギャップが長い場合は、更にフィルム12Aの表面と対向する位置にも遮蔽板46を設け、フィルム12Aの周囲全体を囲うように構成することが好ましい。これにより、冷却ロール18の幅方向両端側から流入する上昇気流だけでなく、冷却ロール18の表面からフィルム12Aの表面近傍を通ってダイ16に向かう上昇気流、及びタッチロール28の表面からフィルム12Aの表面近傍を通ってダイ16に向かう上昇気流、を遮断できる。
この場合、フィルム12Aの表面と対向する遮蔽板46は、フィルム12Aの表面から200mm以下の範囲に設けられることが好ましい。
本実施の形態では、タッチロール方式の冷却ロール18を使用する例について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、図8に示すようなキャスティングロール方式を採用することもできる。
図8は、キャスティングロール方式におけるダイと冷却ロールとの間の構成を示す拡大斜視図であり、図9は、図8においてX方向からみた側面図である。図10は、図8において温度制御機構を設けた場合の斜視図である。なお、図4と同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8に示すように、ダイ16と冷却ロール18との間には、フィルム12Aの幅方向両端部だけでなく、フィルム12Aの表面も囲うように遮蔽板46が設けられる。
この場合、フィルム12Aの表面と対向配置される遮蔽板46(図9では左側の遮蔽板)は、冷却ロール18の表面よりも若干出っ張るように設けられることが好ましい。
また、図10に示すように、遮蔽板46に温度制御機構を設けることで、遮蔽板46で囲まれた空間内の雰囲気温度を所定温度にすることができる。これにより、遮蔽板46内の雰囲気温度とダイ16との温度差を小さくできるので、上昇気流が生じるのを抑制できる。温度制御機構の構成については、前述した図7と同様である。
また、上記図8の実施形態においては、フィルム12Aの両面(周囲全体)を囲う構成について説明したが、これに限らず、例えば、フィルム12Aの片側面のみを囲うように構成してもよい。特に、フィルム12Aの表面のうち冷却ロール18と接触しない面側を遮蔽することが好ましい。これにより、上記した上昇気流を効率的に遮断できるので、フィルム12Aに厚みむらが生じるのを抑制できる。
以上、本発明に係る熱可塑性樹脂フィルムの製造方法の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
たとえば、本実施の形態において、溶融粘度の温度依存性が高い溶融樹脂に本発明を適用することが特に効果的である。温度依存性が高い溶融樹脂としては、具体的には、ダイ16から吐出された直後のフィルム12Aの溶融温度をT(℃)としたとき、(T−10)〜T(℃)におけるフィルムの溶融粘度勾配が絶対値で1.7Pa・s/℃以上となるような熱可塑性樹脂を含む。このような樹脂を使用する場合において風速変動を抑制することで、溶融状態のフィルム12Aの温度変動、即ち溶融粘度変動を顕著に低減することができ、厚みむらを顕著に改善できる。
溶融粘度は、例えば、コーンプレートを用いた粘弾性測定装置(例えば、Anton Paar社製モジュラーコンパクトレオメータ:Physica MCR301)を用いて測定できる。測定条件としては、含水率が0.1%以下になるまで熱可塑性樹脂を十分乾燥した後、所定温度(溶融温度に近い温度)でせん断速度を1(/秒)として測定することができる。
また、本実施の形態では、遮蔽板46を用いて上昇気流を遮蔽する例で説明したが、これに限定されず、例えば、エア流を形成して遮蔽することもできる。
図11は、本発明に係る遮蔽機構の別態様を説明する図である。図12は、図11をX方向からみた側面図である。
図11に示すように、遮蔽機構51は、ダイ16の長手方向と冷却ロール18の表面との間を囲う筐体52を備えており、該筐体52の幅方向両端部には、フィルム12Aの幅方向端部を遮蔽するようにY方向にエア流を形成する送風ノズル54が連結されている。
送風ノズル54は、図示しないブロアと接続されており、清浄なエアを吹き出せるように構成されている。また、送風ノズル54には、図示しない温度調節機構が設けられており、送風温度が調整可能となっている。
送風ノズル54が連結される筐体52の幅方向両端部には、複数の邪魔板52Aからなるラビリンス機構56が形成されている。これにより、送風ノズル54から筐体52内に供給されるエアは、ラビリンス機構56を通ることで緩衝を受けると共に整流された後、フィルム12Aの幅方向端部を遮蔽するようにY方向のエア流を形成する。このように、送風ノズル54から供給されたエアは、ラビリンス機構56を通ることで緩衝を受けるため、フィルム12Aの表面近傍の気流を乱す虞もない。
フィルム12Aの幅方向端部を遮断するエアの流速は、0.6〜1.0m/秒となるように設定されることが好ましい。送風温度は、高すぎるとフィルム12Aがネックインを生じ易いため、Tg±20℃程度(例えば、140℃程度)とすることが好ましい。
また、フィルム12Aの幅方向端部と形成されるエア流との間隔は、50mm以上の範囲とすることが好ましい。
なお、図11の実施形態では、エア流形成手段として送風ノズル54を用いる例で説明したが、これに限定されず、図13に示すように、吸引ノズル58によりフィルム12Aの幅方向端部を遮蔽するようにエア流を形成してもよい。
図13は、本発明に係る遮蔽機構の更に別の態様を説明する斜視図である。図14は、図13をX方向からみた側面図である。
図13に示すように、送風ノズル54の代わりに吸引ノズル58を設けた以外は図11とほぼ同様に構成されている。なお、図11及び図12と同一の機能を有する部材は同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
このように、吸引ノズル58でフィルム12Aの幅方向端部を吸引することで、フィルム12Aの幅方向端部を遮蔽するように緩やかなエア流を形成できる。このため、エア流によってフィルム12Aの表面近傍の気流が乱れることなく、フィルム12Aの幅方向両端側から上昇気流が流入するのを抑制できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態は、フィルム表面近傍の気流を整流する整流手段を設けることにより、フィルム表面近傍における風速変動を低減する例である。
図15は、本発明に係る送風ノズル60(エア流形成手段)を備えた熱可塑性樹脂フィルムの製造装置の別態様を説明する斜視図である。図16は、図15をX方向からみた側面図である。なお、上記第1の実施形態と同一の機能を有する部材は同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図15に示すように、ダイ16の吐出口には、ダイ16の長手方向に沿って一対の送風ノズル60が設けられている。
送風ノズル60は、図示しないポンプ等に接続されており、清浄エアをフィルム20Aの表面に沿って吐出方向(鉛直方向)に均一に送風する。これにより、上昇気流がフィルム20Aの表面近傍に生じても、図16に示すように、これと逆方向に流れる清浄エアによって打ち消され、フィルム12Aの表面近傍における風速変動を低減できる。
送風ノズル60から吹き出されるエアの流速は、上昇気流を打ち消すのに必要な大きさ、具体的には0.6〜1.0m/秒となるように設定されることが好ましい。なお、エアの流速は、フィルム12Aの膜面から20mm以内の位置における値とする。送風温度は、高すぎるとフィルム12Aがネックインを生じ易いため、Tg±20℃程度(例えば、140℃程度)とすることが好ましい。
なお、整流手段としては、上記送風ノズル60に限定されず、例えば図17に示すような吸引ノズル62でもよい。
図17は、本発明に係る吸引ノズル62(整流手段)を備えた熱可塑性樹脂フィルムの製造装置の別態様を説明する斜視図である。図18は、図17をX方向からみた側面図である。
図17に示すように、ダイ16の吐出口には、ダイ16の長手方向に沿うように一対の吸引ノズル62が設けられている。これにより、フィルム12Aの表面近傍において鉛直方向と逆向きの流れが形成される。したがって、フィルム12Aの表面近傍を整流することで、風速変動を低減できる。
フィルム12Aの表面近傍において減圧吸引により形成されるエアの流速は、上昇気流による乱れを矯正するのに必要な値に設定されることが好ましく、例えば、0.6〜1.0m/秒とすることができる。
なお、上記の図15〜図18では、送風ノズル60又は吸引ノズル62をダイ16の吐出口近傍に設ける例を示したが、これに限定されず、フィルム12Aの下側(冷却ロール側)に設けてもよい。
上記の如く溶融製膜した熱可塑性フィルム12Aは、図19に示すように、縦延伸、横延伸を行うのが好ましく、さらに収縮処理を組み合わせてもよい。中でも好ましいのが縦延伸後に横延伸を行うもの、あるいは横延伸と縦収縮処理を組み合せるものであり、前者は高Rthを発現させるのに適し、後者は低Rthを発現させるのに適する。
横延伸と縦収縮処理を組み合せて実施する場合、縦収縮は横延伸中に実施してもよく、横延伸後に実施してもよく、両方で実施してもよい。さらに、この横延伸の前又は後或いは両方に縦延伸を組み合わせてもよい。また、溶融製膜工程でフィルム12Aを製造した後、一旦巻取機26に巻き取らずに、連続して縦延伸工程と横延伸工程を行って、その後で巻き取ってもよい。
本発明では縦延伸単独で行っても良く、横延伸と組合せて実施しても良い。縦延伸は横延伸の前、後どちらで実施しても良いが、横延伸前に行うのがより好ましい。また縦延伸は1段で実施しても良く、多段に分けて実施しても良い。
縦延伸は2対のニップロールを設置し、この間を加熱しながら出口側のニップロールの周速を入口側のニップロールの周速より速くすることで達成できる。この際、ニップロール間の間隔(L)と延伸前のフィルム幅(W)を変えることで厚み方向のレターデーションの発現性を変えることができる。L/Wが2を超え50以下(長スパン延伸)ではRthを小さくでき、L/Wが0.01以上0.3以下(短スパン延伸)ではRthを大きくできる。本発明では長スパン延伸、短スパン延伸、これらの間の領域(中間延伸=L/Wが0.3を超え2以下)どれを使用しても良いが、配向角を小さくできる長スパン延伸、短スパン延伸が好ましい。さらに高Rthを狙う場合は短スパン延伸、低Rthを狙う場合は長スパン延伸と区別して使用することがより好ましい。
これらの縦延伸の好ましい延伸温度は(Tg−10℃)〜(Tg+50)℃、より好ましくは(Tg−5℃)〜(Tg+40)℃、さらに好ましくは(Tg)〜(Tg+30)℃である。好ましい延伸倍率は2%〜200%であり、より好ましくは4%以上150%以下、さらに好ましくは6%〜100%である。
横延伸はテンターを用いて実施できる。即ち、フィルムの幅方向の両端部をクリップで把持し、横方向に拡幅することで延伸する。この時、テンター内に所望の温度の風を送ることで延伸温度を制御できる。延伸温度は、Tg−10℃以上Tg+60℃以下が好ましく、Tg−5℃以上Tg+45℃以下がより好ましく、Tg以上Tg+30℃以下がさらに好ましい。好ましい延伸倍率は10%以上250%以下、より好ましくは20%以上200%以下、さらに好ましくは30%以上150%以下である。ここでいう延伸倍率とは下記式で定義されるものである。
延伸倍率(%)=100×{(延伸後の長さ)−(延伸前の長さ)}/(延伸前の長さ)
以下、本発明に使用される各種材料について説明する。
〔熱可塑性フィルムの素材〕
本発明で使用する熱可塑性フィルムは特に限定されないが、好ましくはセルロースアシレート系樹脂、ラクトン環含有重合体、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネートが挙げられる。中でも好ましいのがセルロースアシレート系樹脂、環状オレフィン系樹脂であり、中でも好ましいのがアセテート基、プロピオネート基を含むセルロースアシレート、付加重合によって得られた環状オレフィン系樹脂であり、さらに好ましくは付加重合によって得られた環状オレフィン系樹脂である。
(1)セルロースアシレート系樹脂
セルロースアシレート系樹脂は、例えば特開2006−45500、特開2006−241433、特開2007−138141、特開2001−188128、特開2006−142800、特開2007−98917記載のものを使用でき、全アシル置換度は2.1以上3.0以下が好ましく、アセチル基の置換度は0.05以上2.5以下が好ましく、より好ましくは0.05以上0.5以下あるいは1.5以上2.5以下である。プロピオニル置換度は0.1以上2.8以下が好ましく、より好ましくは0.1以上1.2以下あるいは2.3以上2.8以下である。
(2)環状オレフィン系樹脂
環状オレフィン系樹脂は、ノルボルネン系化合物から重合されるものが好ましい。この重合は開環重合、付加重合いずれの方法でも行える。付加重合としては例えば特許3517471のものや特許3559360、特許3867178、特許3871721、特許3907908、特許3945598、特表2005−527696、特開2006−28993、WO2006−004376に記載のものが挙げられる。特に好ましいのは特許3517471に記載のものである。
開環重合としてはWO98−14499、特許3060532、特許3220478、特許3273046、特許3404027、特許3428176、特許3687231、特許3873934、特許3912159に記載のものが挙げられる。なかでも好ましいのがWO98−14499、特許3060532に記載のものである。これらの環状オレフィンの中でも付加重合のもののほうがより好ましい。
(3)ラクトン環含有重合体
下記一般式(1)で表されるラクトン環構造を有するものを示す。
(式中、R、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1〜20の有機残基を表す。なお、有機残基は酸素原子を含んでいても良い。)一般式(1)のラクトン環構造の含有割合は、好ましくは5〜90重量%、より好ましくは10〜70重量%、さらに好ましくは10〜50重量%である。
一般式(1)で表されるラクトン環構造以外に、(メタ)アクリル酸エステル、水酸基含有単量体、不飽和カルボン酸、下記一般式(2a)で表される単量体から選ばれる少なくとも1種を重合して構築される重合体構造単位(繰り返し構造単位)が好ましい。
(式中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Xは水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、アリール基、−OAc基、−CN基、−CO−R基、または−C−O−R基を表し、Ac基はアセチル基を表し、RおよびRは水素原子または炭素数1〜20の有機残基を表す。)
例えば、WO2006/025445、特開2007−70607、特開2007−63541、特開2006−171464、特開2005−162835記載のものを用いることができる。
(4)ポリカーボネート系樹脂
ジヒドロキシ成分とカーボネート前駆体とを界面重合法または溶融重合法で反応させて得られるものであり、例えば、特開2006−277914に記載のものや特開2006−106386、特開2006−284703記載のものが好ましく用いることができる。
(5)添加剤
これらの熱可塑性フィルムには、可塑剤としてアルキルフタルリルアルキルグリコレート類、リン酸エステル類、カルボン酸エステル類、多価アルコール類を0〜20質量%添加できる。安定剤としてホスファイト系安定剤(例えばトリス(4−メトキシ−3,5−ジフェニル)フォスファイト、トリス(ノニルフェニル)フォスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト)、フェノール系安定剤(たとえば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,2−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、ペンタエリスリチルテトラキス[.3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドキシフェニル)プロピオレート、4,4−チオビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、1,1,−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオレート]、エポキシ化合物、チオエーテル化合物を0〜3質量%添加できる。マット剤としてシリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、炭酸カルシウム、クレイ等の無機微粒子、架橋アクリル、架橋スチレン等の有機微粒子を0〜1000ppm添加できる。また紫外線吸収剤(例えば2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2,−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6−[(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]])や赤外線吸収剤、レターデーション調整剤を添加することも好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明の特徴を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
(実施例1)
本実施例では、図3の溶融製膜工程において、ダイ16とタッチロール方式の冷却ロール18との間のエアギャップ(溶融樹脂膜)を遮蔽板46により遮蔽することにより、製造されたフィルム12Aの面状がどのように改善されるかを試験した。
フィルム12Aの最終形状としては、膜厚が80μm、端部をスリットした後の幅が1500mmとし、原料としてシクロオレフィンコポリマー(以下、「COC」ともいう)を使用した。シクロオレフィンコポリマーのガラス転移温度Tgは140℃である。
ダイ16の吐出口から冷却ロール18表面までのエアギャップを100mmとした。ダイ16の温度は260℃とし、ライン速度は20m/秒とした。
遮蔽板46としては、材質SUS304、厚さ5mmの金属板を使用した。遮蔽板46は、フィルム12Aの幅方向両端側(側面)のみに設けた。遮蔽板46は、ダイ16の側面との隙間C2が5mm(フィルム12Aの幅方向端部との隙間C1が50mm)、冷却ロール18の表面との隙間C3が12mmとなるように設置した。また、図7の温度制御機構により、フィルム12A表面から20mm離れた地点での雰囲気温度が80℃となるように調整し、この地点での風速及び風温を測定した。
(風速及び風温測定方法)
日本カノマックス(株)製、アネモマスター風速計(本体:MODEL6162、プローブ:MODEL0204)を使用した。
フィルム12Aの表面から20mm離れた地点において、フィルム12Aの幅方向に5点ずつ経時測定し、風速変動、風速の絶対値、及び風温を求めた。
また、冷却ロール18、20、22の表面温度を130℃として、製造したフィルムについて厚みむらを測定した。
(厚みの測定方法)
オフラインの接触式連続厚み計(アンリツ(株)製、フィルムシックネステスタKG601B)を用いて、測定ピッチを1mm間隔として測定した。厚みは、フィルム幅方向についてはトリミング後のフィルム12Aの全幅について測定し、フィルム搬送方向についてはフィルム12Aの3m長について測定した。厚みむらは、以下の基準で評価した。
◎…厚みむらレンジで1μm以下
○…厚みむらレンジで2μm以下
△…厚みむらレンジで5μm以下
×…厚みむらレンジで5μm超
この結果を図20に示す。
(実施例2)
遮蔽板46を、冷却ロール18の表面との隙間C3が5mmとなるように設置した以外は実施例1と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例3)
遮蔽板46を、フィルム12Aの幅方向両端部だけでなく、フィルム12Aの表面も含む周囲全体を囲うように構成した以外は実施例2と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例4)
ダイ16と冷却ロール18との間のエアギャップ(溶融樹脂膜長)を200mmにした以外は実施例3と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例5)
ダイ16と冷却ロール18との間のエアギャップ(溶融樹脂膜長)を50mmにした以外は実施例3と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例6)
タッチロール式の冷却ロール18の代わりに、図22に示すようなキャスティングロール式の冷却ロール18を用いた以外は実施例1と同様にした。なお、遮蔽板46は、図22において、側面46A、側面46B、正面46C(冷却ロール18と接触しない面側)及び底面46Eに設けた。この結果を図20に示す。
(実施例7)
遮蔽板46を、フィルム12Aの表面も含む周囲全体(側面46A、側面46B、正面46C、正面46D、底面46E)を囲うように構成し、隙間C3を5mmに変更した以外は実施例6と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例8)
樹脂の種類をシクロオレフィンコポリマーからセルロースアシレートプロピオネート(以下、「CAP」ともいう)に変えた以外は実施例1と同様にした。セルロースアシレートプロピオネートのガラス転移温度Tgは135℃である。この結果を図20に示す。
(実施例9)
遮蔽板46を、フィルム12Aの幅方向両端部だけでなく、フィルム12Aの表面も含む周囲全体を囲うように構成し、隙間C3を5mmに変更した以外は実施例8と同様にした。この結果を図20に示す。
(実施例10)
樹脂の種類をシクロオレフィンコポリマーからポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」ともいう)に変え、フィルム12A表面から20mm離れた地点での雰囲気温度は90℃となるように設定した以外は実施例1と同様にした。なお、ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度Tgは70℃である。この結果を図20に示す。
(実施例11)
遮蔽板46を、フィルム12Aの幅方向両端部だけでなく、フィルム12Aの表面も含む周囲全体を囲うように構成し、隙間C3を5mmに変更した以外は実施例10と同様にした。この結果を図20に示す。
(比較例1)
遮蔽板46を設けなかった以外は実施例1と同様にした。この結果を図20に示す。
(比較例2)
遮蔽板46を設けなかった以外は実施例6と同様にした。この結果を図20に示す。
(比較例3)
遮蔽板46を設けなかった以外は実施例8と同様にした。この結果を図20に示す。
(比較例4)
遮蔽板46を設けなかった以外は実施例10と同様にした。この結果を図12に示す。
図20の表から分かるように、ダイ16と冷却ロール18の表面との間に遮蔽板46を設けた実施例1〜11では、いずれにおいてもフィルム12A表面近傍の風速変動が0.5m/秒以下であり、厚みむらの少ない良好な結果が得られた。また、上記実施例1〜11のいずれにおいても、風速の絶対値は1m/秒と小さく、厚みむらへの悪影響はみられなかった。
これに対して、ダイ16と冷却ロール18の表面との間に遮蔽板46を設けなかった比較例1〜4では、いずれもフィルム12A表面近傍の風速変動が0.5m/秒を超え、厚みむらが多く発生することがわかった。また、風速の絶対値も1.2m/秒以上と大きかった。
また、冷却ロール18の表面と遮蔽板46との隙間C3を小さくすることで遮蔽性が向上し、フィルム12A表面近傍での風速変動が減少することがわかった(実施例1、2)。また、遮蔽板46をフィルム12Aの周囲全面に設けることで遮蔽性が向上し、フィルム12A表面近傍での風速変動が0.1m/秒以下に減少し、厚みむらが顕著に減少することがわかった(実施例3)。また、エアギャップを短くしてフィルム12Aの遮蔽性を向上することによっても、風速変動を低減するのに有効であることがわかった(実施例3、4、5)。
キャスティングロール方式においても、タッチロール方式と同様に、遮蔽板46をフィルム12Aの少なくとも片側正面(正面46C)、側面及び底面に設けること、好ましくは全面に設けることでフィルム12A表面近傍での風速変動を低減し、厚みむらを抑制できることがわかった。(実施例6、7)。
また樹脂として、セルロースアシレートプロピオネート、ポリエチレンテレフタレートを用いた場合も、シクロオレフィンコポリマーとの場合と同様の傾向が得られることがわかった(実施例8〜11)。
以上の結果から、本発明を適用することで、フィルムの厚みむらを抑制できることを確認できた。
次に、気流制御方式によりフィルム12Aの表面近傍の風速変動を抑制する場合について検討した。
(実施例12)
図15に示される送風ノズル60により、フィルム12Aの表面に沿ってエアを流した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動、及び厚みむらを測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例13)
図17に示される吸引ノズル62により、フィルム12Aの表面に沿ってエアを流した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例14)
図11に示される筐体52においてラビリンスをなくしたものに送風ノズル54により、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例15)
図13に示される筐体52においてラビリンスをなくしたものに吸引ノズル58により、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例16)
図11に示される筐体52の送風ノズル54により、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例17)
図13に示される筐体52(ラビリンスあり)の吸引ノズル58により、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成した以外は実施例1とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例18)
ダイ16と冷却ロール18との間のエアギャップ(溶融樹脂膜長)を200mmにした以外は実施例17とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
(実施例19)
樹脂の種類をシクロオレフィンコポリマーからセルロースアシレートプロピオネート(以下、「CAP」ともいう)に変えた以外は実施例17とほぼ同様に、フィルム12Aの表面近傍の風速変動を測定した。この結果を図21の表に示す。
図21の表から分かるように、実施例12、13は、フィルム12Aの表面に沿ってエアを流して整流した場合である。実施例14〜19は、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成することにより、上昇気流がフィルム12Aの表面近傍に当たるのを抑制した場合である。比較例1、3は、上記のような気流制御を行わなかった場合である。
実施例12〜19では、いずれもフィルム12Aの表面近傍における風速変動が0.5m/秒以下であり、厚みむらを5μm以下にすることができた。
これに対して、比較例1、3は、既述したように、いずれもフィルム12A表面近傍の風速変動が0.5m/秒を超え、厚みむらが多く発生することがわかった。
また、筐体52と送風ノズル54或いは吸引ノズル58を併用した実施例14〜19では、フィルム12Aの表面近傍における風速変動を0.3m/秒以下とし、厚みむらも小さくすることができた。さらに、エア流を筐体52内のラビリンス機構56を通過させた後、フィルム12Aの幅方向両端部の外側にエア流を形成すると、フィルム12Aの表面近傍の風速を乱すことなく、上昇気流を効果的に遮断することができた(実施例16〜19)。
以上の結果から、本発明を適用することで、フィルムの厚みむらを抑制できることを確認できた。
第1の実施形態における熱可塑性樹脂フィルムの製造装置の一例を示す全体構成図である。 第1の実施形態における押出機の構成を示す断面図である。 第1の実施形態におけるダイと冷却ロールとの間の構成を示す拡大斜視図である。 図3においてX方向からみた側面図である。 図3においてY方向からみた断面図である。 図3の冷却ロールの表面近傍の遮蔽板の拡大断面図である。 第1の実施形態におけるフィルム表面近傍の温度制御機構を示す斜視図である。 第1の実施形態におけるダイと冷却ロールとの間のその他の構成を示す拡大斜視図である。 図8においてX方向からみた側面図である。 図8におけるフィルム表面近傍の温度制御機構を示す斜視図である。 第1の実施形態における遮蔽機構の別の態様を説明する斜視図である。 図11をX方向からみた側面図である。 第1の実施形態における遮蔽機構の更に別の態様を説明する側面図である。 図12をX方向からみた側面図である。 第2の実施形態における遮蔽機構を説明する斜視図である。 図15をX方向からみた側面図である。 第2の実施形態における遮蔽機構の別態様を説明する斜視図である。 図17をX方向からみた側面図である。 本実施形態において製造したフィルムを縦延伸及び横延伸する場合のブロック図である。 本実施例の結果を示す表図である。 本実施例の結果を示す表図である。 本実施例のキャスティングロール方式におけるダイと冷却ロールとの間の構成を示す拡大断面図である。 従来のダイと冷却ロールとの間の構成を示す拡大斜視図である。
符号の説明
10…熱可塑性樹脂フィルムの製造装置、12…セルロースアシレート樹脂、12A…
フィルム、14…押出機、16…ダイ、18、20、22…冷却ロール、24…剥離ロール、26…巻取機、28…タッチロール、46…遮蔽板、46A…ヒータ、48…温度センサ、50…制御手段、51…遮蔽機構、52…筐体、54、60…送風ノズル、56…ラビリンス機構、58、62…吸引ノズル

Claims (6)

  1. 溶融した熱可塑性樹脂をフィルム状に吐出するダイと、
    前記ダイの吐出口と対向配置され、前記吐出したフィルムを冷却固化する冷却ロールと、
    前記冷却ロールの幅方向端部と前記フィルムの幅方向端部との間において前記ダイの吐出口から前記冷却ロールの表面に着地するまでの前記フィルムの少なくとも幅方向端部を遮蔽する遮蔽手段と、を備え
    前記遮蔽手段は、前記冷却ロールの幅方向端部と前記フィルムの幅方向端部との間に前記フィルム表面に対して略直交方向に設けられた遮蔽板であると共に、
    前記遮蔽板と前記フィルムの幅方向端部との間隔は50mm以下とし、且つ前記遮蔽板の下端部と前記冷却ロール面との隙間は接触しない範囲で10mm以下とすることで、前記冷却ロールに沿って前記遮蔽板の内側に流れ込む上昇気流を遮蔽することを特徴とする熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
  2. 前記遮蔽手段は、さらに前記フィルムの表面を含む周囲を囲うように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
  3. 前記ダイと前記冷却ロールとの間のフィルム表面近傍の温度を測定する測定手段と、
    該測定した結果に基づいて、前記フィルム表面近傍を所定温度にする加熱手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
  4. 前記ダイの吐出口から前記冷却ロール表面の前記フィルムの接地点までのエアギャップは200mm以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
  5. 前記冷却ロールと隣接してタッチロールが設けられ、
    前記ダイの吐出口が前記冷却ロールの頂点及び前記タッチロールの頂点のいずれよりも低い位置に設けられたことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
  6. 前記遮蔽板の下部にはラビリンス構造が形成されることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の熱可塑性樹脂フィルムの製造装置。
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