JP5334082B2 - 樹脂成型装置 - Google Patents

Description

本発明は、押し出し成型装置に関し、特に樹脂チューブを成型する樹脂成型装置に関する。また本発明は、半導体、その他の電子装置製造ラインで用いられる超純水（ＵＰＷ）、薬液等の流体を輸送するのに適した樹脂チューブを成型する樹脂成型装置に関する。

一般に、半導体装置、液晶表示装置等を製造する場合、各種薬液等のほか、超純水（ＵＰＷ）（水素またはオゾンを含む超純水、所謂、水素水・オゾン水を含む）が、樹脂チューブ（樹脂配管）を通して輸送、供給されることが多い。このように、半導体装置等の製造の際に超純水が用いられる理由は、洗浄工程等に使用される水中に酸素が溶存酸素の形で多量に含まれていると、当該溶存酸素により自然酸化膜が形成されるためである。また、最近では、超純水を用いた場合にも、同様に自然酸化膜が形成されることが指摘されており、超純水中の酸素、パーティクル、金属成分を徹底的に除去することが行われている。

例えば、シリコン結晶を用いて半導体装置を製造する場合、酸素と水が共存していると、シリコン表面に自然酸化膜(ＳｉＯｘ)が形成される。特に、水溶液中に酸素が含まれるとシリコン表面が酸化されるとともにシリコン表面がエッチングされ、表面マイクロラフネスが増加することも指摘されている。

近年、Ｓｉ（１００）結晶表面よりＰＭＯＳＦＥＴの電流駆動能力が大きいＳｉ（１１０）結晶表面が注目されているが、この表面は、Ｓｉ（１００）表面に比べて水溶液中でのエッチングが激しい。このため、通常、シリコン表面の洗浄は水溶液を用いたウェット洗浄が行われるが、その場合、水溶液中に酸素を混入させないことが必要である。

ここで、水溶液中に対する酸素の混入は、単に、洗浄工程等の処理中だけでなく、超純水、薬液等の輸送ラインを構成する樹脂チューブにおいても生じることが指摘されている。

輸送ラインにおける酸素の混入を軽減するために、特許文献１では、樹脂チューブ本体に、ガスの透過を抑制する樹脂で形成された熱収縮性の帯状フィルムを、帯状フィルム同士が一部重なり合うように螺旋状に巻回した樹脂チューブを開示している。また、特許文献１は、巻回された帯状フィルムを真空雰囲気中で、当該帯状フィルムの融点より低い温度で加熱し、巻回された帯状フィルムを熱収縮させるとともに融着させ、巻回されたフィルム間の空気を排除している。更に、特許文献１は、チューブ本体として、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂を使用することを開示している。更に、帯状フィルムとして、低い気体透過度を有すると共に熱収縮性を有するポリ塩化ビニリデンを用いることも開示している。このように、帯状フィルムによってガス透過量抑制外皮層を形成することにより、チューブ内に流れる超純水、薬液に、外皮層を透過したガスが溶出するのを防止できる。

一方、特許文献２は、半導体製造装置、液晶製造装置等に使用される樹脂チューブとして、フッ素樹脂を二層に積層したフッ素樹脂二重チューブを開示している。特許文献２で開示されたフッ素樹脂二重チューブは、内側層チューブと外側層チューブとを備える。内側層チューブは、耐食性、耐薬品性に優れたフッ素樹脂(例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(ＰＦＡ)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、または、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）)によって構成される。外側層チューブは、ガスの透過を抑制できるフッ素樹脂(例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）)によって構成されている。内側層チューブと外側層チューブとは溶着された構成を有している。

特許文献２に示されたフッ素樹脂二重チューブは、優れた耐食性、耐薬品性、及び、ガス非透過性を有すると共に、内側層チューブと外側層チューブとを強固に接合できるという利点を有している。

特開２００４−３２３８７号公報 特開２００６−１１２５０７号公報

ところで、この種の樹脂チューブは押し出し成型装置により作られており、成型には、通常、外径サイジング方式が用いられている。

以下に、押し出し成型装置及び外径サイジング方式について簡単に説明する。

図１５は押し出し成型装置の概略構成を示している。図１５において、貯蔵タンク４１に貯蔵された樹脂材料（ペレット）は、搬送ライン４２を通して押し出し成型装置５０のホッパー５１に搬送される。押し出し成型装置５０は加熱シリンダ５２とその内部に配置されたスクリュー５３を備えるほか、樹脂加熱用のヒータを備える。ホッパー５１から供給される樹脂はヒータで溶融されるとともにスクリュー５３によりそのヘッド側に送られる。押し出し成型装置５０におけるスクリュー５３のヘッド側にはダイス５４が備えられる。ダイス５４から送り出される固化前の樹脂チューブを、冷却手段（図示せず）を持つサイジングダイ５５を通して引っ張りながら固化させる。固化した樹脂チューブ６０は、検査機７０を通して検査される。なお、樹脂チューブ６０の引っ張り力は引き取り機８０により得られる。引き取り機８０まで引っ張られた樹脂チューブは次の巻き取り機９０でドラム９１に巻き取られる。

図１６は外径サイジング方式を説明するための図であり、押し出し成型装置におけるスクリュー１０１のヘッド部とその付近のみを示している。図１６において、スクリュー１０１のヘッド側にはダイス１０２が備えられると共に、サイジングダイ１０３が備えられる。サイジングダイ１０３は樹脂チューブ６０の外径を規定する。サイジングダイ１０３を出た樹脂チューブ６０は冷却手段により冷却固化されるとともに、引き取り機により所定の引き取り速度で引っ張られる。

外径サイジング方式は製品外径寸法のばらつきを±１０μｍ以内に抑えることは可能であるが、製品肉厚、内径寸法のばらつきを抑えることは困難であり±１００μｍ程度のばらつきが発生してしまう。また、内径側を固定する型構造がないため、成型された樹脂が製品形状に固化する前の溶融状態であるときには、引き取り速度を大きくすることができず生産性が悪くなってしまう。引き取り速度の一例を挙げると、ＰＦＡの場合、１／４インチサイズの樹脂チューブで２ｍ／ｍｉｎ、１インチサイズの樹脂チューブで５５ｃｍ／ｍｉｎ程度である。

ところで、現行の押し出し成型装置においては、大気中の水分、酸素などの混入防止や、成型する樹脂に対して分解を促進させる触媒効果の無い金属表面をもった成型装置構成材料の選定は行っていない。そのため、成型の段階で樹脂の分解が促進され低分子成分が生成されることが考えられる。低分子成分は製品（樹脂チューブ）からの脱ガス、溶出ＴＯＣの原因となり洗浄プロセスの汚染源となるため、成型装置の構造を検討することが必要である。

樹脂チューブ成型時に外径の形状を固定する型構造をもった外径サイジング方式、あるいは内径の形状を固定する型構造をもった内径サイジング方式は存在するが、外径・内径同時にサイジングする方式は知られていない。また、大気雰囲気が混入せず、成型したい樹脂との触媒効果を考慮した金属材料で構成された押し出し成型装置は提供されていない。

本発明の課題は、樹脂チューブの引き取り速度を速くして生産性の向上に寄与することのできる樹脂成型装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、製品寸法精度の向上に寄与することのできる樹脂成型装置を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、主に超純水や薬品供給を目的とした樹脂チューブの成型装置であって、不純物の発生が少ない樹脂成型装置を提供することにある。

本発明のより他の課題は、樹脂チューブの原料である高分子材料を分解解離させない樹脂成型装置を提供することにある。

本発明による樹脂成型装置は以下の態様をとる。

［第１の態様］
溶融樹脂から樹脂チューブを成型する樹脂成型装置であって、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配置されたスクリューと、ホッパーと、搬送経路を通して前記ホッパーに原料樹脂を搬送するために該原料樹脂を貯蔵するための貯蔵タンクと、を含む樹脂成型装置において、前記貯蔵タンク、前記ホッパー、前記加熱シリンダは前記搬送経路も含めて原料樹脂と関連する部分のすべてをＮ _２ ガス雰囲気下で密閉型構造にし、前記樹脂チューブの内径及び外径を規定する冶具を備えたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第２の態様］
第１の態様において、前記冶具のうち少なくとも前記溶融樹脂と接触する部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第３の態様］
第１又は第２の態様において、前記冶具は前記樹脂チューブの中空部を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下の雰囲気に制御する手段を備えていることを特徴とする樹脂成型装置。

［第４の態様］
第１又は第２の態様において、当該樹脂成型装置に関連した箇所を含む前記溶融樹脂および当該溶融樹脂の原料が存在しているあらゆる箇所の雰囲気が酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下に制御されていることを特徴とする樹脂成型装置。

［第５の態様］
第２の態様において、前記溶融樹脂と接触する全ての部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第６の態様］
第２の態様において、前記耐熱材料がＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎｉ、ＮｉＦ_２、及びハステロイのうち少なくとも一つで構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第７の態様］
第１〜第６の態様のいずれか一つにおいて、前記溶融樹脂を所定量溜める第１の樹脂溜り部と、前記溶融樹脂を前記第１の樹脂溜り部から引き出して、前記冶具で内径及び外径を規定しつつ樹脂チューブ化する第１の押し出し又は引き出し手段とを有することを特徴とする樹脂成型装置。

［第８の態様］
第７の態様において、第２の溶融樹脂を所定量溜める第２の樹脂溜り部と、前記第２の溶融樹脂を前記第２の樹脂溜り部から引き出して、前記第１の押し出し又は引き出し手段でチューブ化された前記樹脂チューブの外部を覆うように積層する第２の押し出し又は引き出し手段とを、前記押し出し又は引き出し方向の下流側に備えたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第９の態様］
溶融樹脂から樹脂チューブを成型する樹脂成型装置であって、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配置されたスクリューと、ホッパーと、搬送経路を通して前記ホッパーに原料樹脂を搬送するために該原料樹脂を貯蔵するための貯蔵タンクと、を含む樹脂成型装置において、前記貯蔵タンク、前記ホッパー、前記加熱シリンダは前記搬送経路も含めて原料樹脂と関連する部分のすべてをＮ _２ ガス雰囲気下で密閉型構造にし、当該樹脂成型装置に関連した箇所を含む前記溶融樹脂および当該溶融樹脂の原料が存在しているあらゆる箇所の雰囲気を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下に制御する手段を備えることを特徴とする樹脂成型装置。

［第１０の態様］
第９の態様において、少なくとも前記溶融樹脂と接触する部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第１１の態様］
第９又は第１０の態様において、前記制御する手段は前記樹脂チューブの中空部を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下の雰囲気に制御する手段を含むことを特徴とする樹脂成型装置。

［第１２の態様］
第１０の態様において、前記耐熱材料がＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎｉ、ＮｉＦ_２、及びハステロイのうち少なくとも一つで構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。

［第１３の態様］
第１〜第１２の態様のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブは酸素透過係数が５×１０^６[個・ｃｍ／ｃｍ^２ｓｅｃＰａ]以下、曲げ弾性率が１８００ＭＰａ以下であり、フッ素樹脂を含むことを特徴とする樹脂成型装置。

［第１４の態様］
第１〜第１３の態様のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブの内側表面が、アルカリ性水溶液、酸性水溶液、中性水溶液、有機溶剤の少なくとも一つに耐性のある材料によって形成されていることを特徴とする樹脂成型装置。

［第１５の態様］
第１〜第１３の態様のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブは、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＣ、ＦＥＰ、ＰＦＡ及びナイロンの少なくとも一つから成ることを特徴とする樹脂成型装置。

［第１６の態様］
第８の態様において、前記樹脂チューブは組成の異なる複数の材料の層によって形成されていることを特徴とする樹脂成型装置。

［第１７の態様］
第１６の態様において、前記樹脂チューブを形成する複数の材料は、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＣ、ＦＥＰ、ＰＦＡ及びナイロンから選ばれていることを特徴とする樹脂成型装置。

本発明の樹脂成型装置によれば、樹脂チューブの製品寸法（外径、内径、肉厚）のばらつきを抑える（各±１０μｍ以内）ことができる。

また、外径と内径の同時サイジングにより、引き取り速度を速くすることが可能であるため生産性が高くなる。

更に、主に超純水や薬品供給を目的とした樹脂チューブであって、不純物の発生が少ない樹脂チューブを提供することができる。

更に、樹脂チューブの原料である高分子材料を分解解離させない樹脂成型装置を提供することができる。

以下に、本発明の第１の実施形態に係る押し出し成型装置について説明する。

本発明では、押し出し成型装置本体のみならず、押し出し成型装置本体に関連した要素にも上記課題を解決するための対策を施しており、以下に順に説明する。

対策１：原料樹脂供給部における水分、酸素の除去
第１の実施形態では、図１５で説明した貯蔵タンク４１に代えて、図２に示すような貯蔵タンク２０を備える。この貯蔵タンク２０には、洗浄、乾燥させたペレット状の原料樹脂が投入される。貯蔵タンク２０は、１００℃を超えるＮ_２雰囲気での温度（許される限り高い温度）で原料樹脂の表面に付着している水分、酸素の除去を行う。そのための構成として、密封可能なタンク２１と、その底部近くに配設された多孔質のフィルタ部材２２（例えば多孔質セラミック、メタルフィルタ、ＰＴＦＥフィルタ等）と、タンク２１を貫通してフィルタ部材２２の下側空間に延びているＮ_２ガス導入部２３と、タンク２１の上部空間から外側に向けて貫通しているＮ_２ガス排出部２４とを有する。

特に、タンク２１の内壁、フィルタ部材２２は、後述される材料により原料樹脂に対して触媒効果を持たないように処理されている。また、Ｎ_２ガス導入部２３は１００℃を超えるＮ_２ガスを底面側に向けて吹き出すようにして初速度を殺し、多孔質のフィルタ部材２２を通して原料樹脂中に均一に流すようにしている。導入されたＮ_２ガスはＮ_２ガス排出部２４から排出される。

このようにして水分や酸素を除去した原料樹脂をＮ_２ガス雰囲気下で押し出し成型装置のホッパーに搬送する。

対策２：Ｎ_２ガス雰囲気下での密閉型構造
第１の実施形態では、貯蔵タンク２１、ホッパー、スクリュー等は原料樹脂の搬送経路も含めて原料樹脂と関連する部分のすべてをＮ_２ガス雰囲気下で密閉型構造にし、溶融樹脂と接触する表面は触媒効果を持たないように処理されている。これにより、上記の対策１と併せ、押し出し成型装置本体を含めて、押し出し成型装置に関連した箇所であって原料樹脂及び溶融樹脂が存在しているあらゆる箇所の雰囲気を酸素０．１％以下、水分０．１％以下に維持することができるようにしている。

対策３：樹脂チューブの引き取り速度向上
これまでの押し出し成型装置では、溶融樹脂押し出し部とチューブ成型部とが分離されている。その結果、樹脂チューブの引き取り速度を速くできない。

これに対し、第１の実施形態では以下に説明するように、溶融樹脂押し出し部とチューブ成型部とを連続構造にして引き取り速度を速くできるようにし、引き取り速度を速くした分だけ溶融樹脂の押し出し速度を速くする。これにより、押し出し速度と引き取り速度のバランスがとれ、高速での樹脂チューブ成型加工が実現できる。但し、樹脂チューブの外径、内径、肉厚は、樹脂チューブの外径、内径を規定する成型治具のギャップ（外径規定部と内径規定部とのギャップ）で確保する。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る押し出し成型装置について説明する。図１は、押し出し成型装置のうち、本発明の要部であるスクリューのヘッド部付近及びそれよりも下流側の構成を示している。

図１において、加熱シリンダ１１内にはスクリュー１２が配置され、スクリュー１２のヘッド部付近、つまり加熱シリンダ１１の先端部には溶融樹脂の押し出し部１３が形成され、この押し出し部１３にはチューブ成型部１４が接続されている。チューブ成型部１４は樹脂チューブの外径を規定する治具としての機能を有し、貫通穴を持つ断熱材１４−１を間にして加熱シリンダ１１側のシリンダ部材１４−２と引き取り機側のシリンダ部材１４−３とに分けられている。シリンダ部材１４−２、１４−３の断熱部材１４−１との対向部はフランジとされ、ボルト、ナット等（図示省略）で連結されている。シリンダ部材１４−２側、例えば押し出し部１３にはヒータ（図示省略）が配設あるいは埋設されて温度Ｔ１が維持され、シリンダ部材１４−３側には水冷等による冷却部（図示省略）が配設されて温度Ｔ２が維持される。ここで、温度Ｔ１は原料樹脂が溶融する融点以上の温度であり、温度Ｔ２は溶融樹脂が固化する融点以下の温度であることは言うまでも無い。

なお、本発明において使用される断熱材は、高温に耐えるものなら何でも良いが、例えば、高耐熱性の金属シートで内部を気密に封じた中空板状で、中空部にガラス繊維等の耐熱性充填材を充填し内部を真空に保持した断熱材を用いることができる。これは、以降で説明される他の実施形態でも同様である。

さて、第１の実施形態では、樹脂チューブの内径を規定する治具として、押し出し部１３からチューブ成型部１４内に挿入されてその出口近くまで延びる心棒１５が設けられている。心棒１５は、スクリュー１２とは機械的に分離された心棒保持部１６により保持されている。心棒保持部１６は加熱シリンダ１１の内壁に固定されるが、加熱シリンダ１１内においてスクリュー１２側からの溶融樹脂の流通を妨げないように、加熱シリンダ１１の内壁に周方向に間隔をおいた複数個所で固定されている。

このようにして、押し出し部１３からチューブ成型部１４内に溶融樹脂が注入されると、チューブ成型部１４の先端から、チューブ成型部１４の内径と心棒１５の外径とで外径と内径とが規定された樹脂チューブ１の引き取りを行うことができる。

第１の実施形態ではまた、心棒１５の中心に中心軸に沿って先端まで延びる孔１５ａが形成されている。そして、この孔１５ａの反対端部には加熱シリンダ１１を貫通して配管１７が接続されている。配管１７を通してＮ_２ガスが導入され、このＮ_２ガスはチューブ成型部１４から引き出された樹脂チューブ１の中空部に吹き出す。その結果、樹脂チューブ１の中空部を酸素０．１％以下、水分０．１％以下に維持することができる。このことから、樹脂チューブ１の中空部にＮ_２ガスを導入するＮ_２ガス導入系は、樹脂チューブ１の中空部の雰囲気を制御する手段として作用する。これは、以降で説明される別の実施形態でも同様である。

ところで、前述したように押し出し速度と引き取り速度とのバランスをとった状態で高速での樹脂チューブ成型加工、つまり生産性の良好な成型加工を実現するためには、チューブ成型部１４に溶融樹脂が十分に供給されなければならない。換言すれば、チューブ成型部１４の入口には、高速での樹脂チューブの引っ張りに追随できるよう、十分な量の溶融樹脂を蓄積することのできる樹脂溜り部があることが好ましい。またチューブ成型部１４の長さは短いほど良い。図３は、この点を考慮した第１の実施形態の変形例を示す。

図３の変形例においては、図１で説明したチューブ成型部１４におけるシリンダ部材１４−２が省略されている。つまり、加熱シリンダ１１の先端開口の周縁部に、貫通穴を持つ断熱材１４−１を介してシリンダ部材１４−３のフランジを取り付けるようにしている。加熱シリンダ１１の先端開口の径はシリンダ部材１４−３の内径よりも大きい。これにより、チューブ成型部１４の長さが短くなるのに加えて、押し出し部１３に樹脂溜り部１９が形成される。なお、加熱シリンダ１１の先端部にヒータが設けられる一方、シリンダ部材１４−３の周囲に冷却部１４−４が設けられる。心棒１５及び心棒保持部１６は、心棒１５の長さがシリンダ部材１４−２の長さ分だけ短くされている点を除いて、図１に示されたものと同じで良い。

また、図１、図３のいずれにも示しているように、チューブ成型部１４の先端部に、チューブ成型部１４から出た樹脂チューブ１の周囲を覆うことのできる筒状ケーシング１８を取り付けできるようにし、この筒状ケーシング１８内にもＮ_２ガスを導入するのが好ましい。つまり、樹脂チューブ１の内周側のみならず、外周側もＮ_２ガス雰囲気中におくのが好ましい。

図４は、加熱シリンダ１１内のＮ_２ガス置換の様子を示した図である。図２で説明した貯蔵タンク２０からＮ_２ガスで圧送されてくる原料樹脂（ペレット）がホッパー１１−１に貯留される。ホッパー１１−１から加熱シリンダ１１に至る通路の途中にはＮ_２ガスパージ部１１−２が設けられている。加熱シリンダ１１内に導入されたＮ_２ガスは、スクリュー１２の駆動軸側から排出される。

図５〜図７は、上記の実施形態により製造された樹脂チューブのうち、ＰＦＡチューブについて外径、肉厚、内径をそれぞれ実測した値を示す。横軸はＰＦＡチューブの長さを示し、縦軸はそれぞれの実測値を示す。各図において、ＣＨ１〜ＣＨ４はそれぞれ実測値データが複数種類あることを示し、Ａｖｅはそれらの平均値を示す。外径、肉厚、内径のいずれも、ばらつきはほぼ±１０μｍ以内に抑制されている。

次に、本発明を、多層構造を持つ樹脂チューブを成型する押し出し成型装置に適用した場合の実施形態について説明する。

図８は、多層チューブ押し出し成型装置の概略構成を４層の場合について示している。ここでは、４台の押し出し機Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の押し出し部が４層のスパイラルダイ８０に接続されている。前述したように、各押し出し機のホッパーには貯蔵タンク２０からＮ_２ガスで原料樹脂が圧送されてくるとともに、Ｎ_２ガスがパージされ、パージされたＮ_２ガスは加熱シリンダの後部（スクリューの駆動軸側）から排出される。スパイラルダイ８０の下流側には引き出された樹脂チューブを冷却するための真空水槽８１、樹脂チューブの外径測定器８２、樹脂チューブの引取り・巻取り機８３が配置されている。

図９は、図８に示したスパイラルダイ８０に対応する部分の断面構造の一例を示すが、スパイラルダイは周知であり、これとは別の構造で実現する場合について示している。勿論、スパイラルダイで実現されても良い。図８では４層の場合について示しているが、ここでは、便宜上、３層の積層構造を持つ樹脂チューブを成型する部分について示している。

図９において、押し出し成型装置は、スクリュー３２を内蔵した加熱シリンダ３１の先端部に、第１のチューブ成型部３４−１、第２のチューブ成型部３４−２、第３のチューブ成型部３４−３が順に直列接続された構成を有する。第１〜第３のチューブ成型部３４−１〜３４−３は、いずれもその中心に心棒３５が挿入可能にされている。第１のチューブ成型部３４−１は、２つの断熱材３４−１１、３４−１２と、これらの間に介在した第１の冷却部３４−１３とを含む。なお、第１のチューブ成型部用のヒータは前述同様、加熱シリンダ３１の先端部に設けられる。第２のチューブ成型部３４−２は、二層目樹脂注入部３４−２１とヒータ３４−２２と断熱材３４−２３と第２の冷却部３４−２４と断熱材３４−２５とを含む。第３のチューブ成型部３４−３は、三層目樹脂注入部３４−３１とヒータ３４−３２と断熱材３４−３３と第３の冷却部３４−３４と断熱材３４−３５とを含む。二層目樹脂注入部３４−２１、三層目樹脂注入部３４−３１はそれぞれ、二層目の押し出し機、三層目の押し出し機に接続される。

なお、図９では、例えば第１のチューブ成型部３４−１について言えば、２つの断熱材、冷却部がそれぞれ直に設置された状態で示されているが、実際には図１で説明したようなフランジを持つシリンダ部材の外周側に装着した状態で設置される。第２のチューブ成型部３４−２も上記のようにフランジを持つシリンダ部材の外周側にヒータ、２つの断熱材及び第２の冷却部を装着して構成される。二層目樹脂注入部３４−２１は、例えば断熱材３４−１２を装着しているフランジとヒータ３４−２３を装着しているフランジとの間をそれらの外周側で塞ぐようにし、しかもこの塞いでいる部分に周方向に間隔をおいて複数の溶融樹脂注入口３４−２１ａを設けて構成される。第３のチューブ成型部３４−３も同様である。

第１、第２、第３のチューブ成型部３４−１、３４−２、３４−３はそれぞれ、一層目、二層目、三層目の樹脂チューブの外径を規定する治具として作用し、それらの出口の直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の関係は、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３となる。また、図３で説明したのと同様の理由で、第１、第２、第３のチューブ成型部３４−１、３４−２、３４−３の入口にはそれぞれ、第１、第２、第３の樹脂溜り部３９−１、３９−２、３９−３が形成されている。

加熱シリンダ３１内のスクリュー３２のヘッド付近に設けられた心棒保持部３６を介して心棒３５が第１〜第３のチューブ成型部３４−１〜３４−３内に挿入される。心棒３５の中心に中心軸に沿って先端まで延びる孔３５ａが形成されている。この孔３５ａの反対端部には加熱シリンダ３１及び心棒保持部３６を貫通してガス導入路３７が接続されている。ガス導入路３７には配管を通してＮ_２ガスが導入され、このＮ_２ガスは第３のチューブ成型部３４−３から引き出された樹脂チューブ１’の内周側に吹き出す。

前述の実施形態と同様、第３のチューブ成型部３４−３の端部にはそこから引き取られた樹脂チューブ１’をカバーする筒状ケーシング３８が設けられる。筒状ケーシング３８には配管３８−１を通してＮ_２ガスが導入され、樹脂チューブ１’の外周側がＮ_２ガス雰囲気とされる。

以上のような構成により、第１のチューブ成型部３４−１では、内層側チューブとなる第１の樹脂材料による一層目の樹脂チューブが形成されて第１の冷却部３４−１３で冷却される（第１の押し出し又は引き出し手段）。続いて、第２のチューブ成型部３４−２では二層目樹脂注入部３４−２１に接着剤層となる第２の樹脂材料が溶融状態で注入されることにより冷却固化した一層目の樹脂チューブの外周側に接着剤層が二層目の樹脂チューブとして積層され、第２の冷却部３４−２４で冷却される（第２の押し出し又は引き出し手段）。同様にして、第３のチューブ成型部３４−３では三層目樹脂注入部３４−３１に外層側チューブとなる第３の樹脂材料が溶融状態で注入されることにより接着剤層としての二層目の樹脂チューブの外周側に三層目の樹脂チューブが積層され、第３の冷却部３４−３４で冷却固化される。このようにして第３のチューブ成型部３４−３から三層に積層された樹脂チューブ１’が引き取られる。

以上のような、押し出し成型装置本体及びその周辺要素の構造上の特徴に加えて、本発明では各構成要素の材料にも改良を加えている。

例えば、樹脂チューブの内径及び外径を規定する治具としてのチューブ成型部及び心棒のうち、少なくとも溶融樹脂と接触する部分を、溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎｉ、ＮｉＦ_２、及びハステロイのうち少なくとも一つで構成する。更に言えば、溶融樹脂と接触するすべての部分を、上記の耐熱材料で構成することが望ましい。

以上説明した押し出し成型装置によれば、以下の効果が得られる。

上記の実施形態による押し出し成型装置は、樹脂チューブの製品寸法（外径、内径、肉厚）のばらつきを抑える（各±１０μｍ以内）ため、樹脂チューブの外径と内径を同時にサイジングする構造を採用している。また、外径と内径の同時サイジングにより、引き取り速度を速くすることが可能であるため生産性が高くなる。

上記の実施形態による押し出し成型装置はまた、成型中の樹脂の分解を抑えるため、原料樹脂の搬送系、加熱系はすべて大気遮断（Ｎ_２ガスシール等）されており、溶融された樹脂と接触する部分の金属材料は、対象とする樹脂を分解させる触媒効果の少ない素材で構成されている。

従って、上記の実施形態による押し出し成型装置によれば、樹脂チューブの製品寸法精度の向上、生産性の向上、不純物成分の低減に大きく寄与せしめることができる。

なお、原料樹脂の搬送系、加熱系をすべて大気遮断（Ｎ_２ガスシール等）する手段、つまり押し出し成型装置に関連した箇所を含む溶融樹脂および当該溶融樹脂の原料が存在しているあらゆる箇所の雰囲気を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下に制御する手段、及び溶融樹脂と接触する部分の金属材料を、対象とする樹脂を分解させる触媒効果の少ない素材で構成する手法は、内径外径同時サイジング手段を持たない樹脂成型装置に適用しても良い。この場合、不純物の発生が少ない樹脂チューブを提供することができ、更に、樹脂チューブの原料である高分子材料を分解解離させない樹脂成型装置を提供することができる。

図１０を参照して、図１あるいは図３の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブについて説明する。図示された樹脂チューブ１は、ソフト化処理された単層のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）によって形成されており、以下ではＰＶＤＦチューブと呼ぶ。通常のＰＶＤＦは曲げ弾性率が２０００ＭＰａであり、柔軟性を有していないため、通常のＰＶＤＦによって形成された樹脂チューブは、折り曲げる等の加工を行う必要のある樹脂チューブには不向きである。通常、曲げ弾性率が１８００ＭＰａ以下であれば、柔軟性があり樹脂チューブとして実用的に用いることができる。

このことを考慮して、図示されたＰＶＤＦチューブ１には、パーフルオロモノマー添加によって分子間結合力を緩和するソフト化処理が施されている。この結果、ソフト化されたＰＶＤＦチューブ１は曲げ弾性率が１２００ＭＰａであり、柔軟性を備えたものとなり、半導体製造装置、液晶製造装置等に適用した場合、自在に折り曲げを行うことができる。

更に、前述したソフト化されたＰＶＤＦチューブ１は、ＰＦＡによって形成されたチューブに比較して、ガス（酸素、窒素）に対して、極めて良好な非透過性、即ち、極めて低い透過係数を有することが判明した。

図１１を参照して、図９の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブについて説明する。図示された樹脂チューブ２は３層構造を有するチューブであり、内層側チューブを形成するＰＦＡチューブ２−１及び外層側チューブを形成するナイロンチューブ２−２を備え、当該ＰＦＡチューブ２−１とナイロンチューブ２−２とを二層目の接着剤層２−３によって接着した構成を有している。

この構成では、ガスの透過を抑制し、且つ、超純水、その他の薬液、気体に対して不活性で耐久性に優れたフッ素樹脂であるＰＦＡチューブ２−１によって内層を形成している。しかしながら、ＰＦＡチューブ２−１だけでは、ガス（酸素、窒素）の透過を充分には防ぐことができないため、所望の特性を有する樹脂チューブを構成することはできない。

このため、図示された例では、この種半導体製造装置では使用されていないナイロンによって外層側チューブを形成し、ナイロンチューブ２−２とＰＦＡチューブ２−１とを接着剤層２−３によって接着したところ、ＰＦＡチューブ単層の場合に比較して極めて良好な結果が得られた。即ち、通常、ナイロンはアルカリに弱く、変色しやすいため、半導体製造装置等の薬液輸送用チューブには不適であると考えられているが、本発明者等の実験によれば、酸素の透過量を低減させるのに有効であることが判明した。具体的に云えば、０．２ｍｍの厚さを有するＰＦＡチューブ２−１と、０．７ｍｍの厚さを有するナイロンチューブ２−２とを０．１ｍｍの厚さを有するフッ素系接着剤層２−３によって接着した。

上記した事実を明らかにするために、透過係数の測定結果を説明する。まず、図１２を参照して、本発明に係る実験に使用した透過係数の測定系を説明する。図１２に示すように、サンプルチューブ３としてセットされたチューブに、脱気フィルタ（図示せず）を介して超純水（ＵＰＷ）（脱気ＵＰＷ）を供給する。図示された測定系において、サンプルチューブ３に対するガスの透過は、ガスとサンプルチューブ３の接触面積、接触時間、圧力、温度に比例して増加し、厚さに反比例する。したがって、単位時間、単位圧力、単位厚さ当たりの透過量（透過係数）は、以下の式（１）により算出した。

透過係数＝
（透過物質の量×サンプルの厚さ）／（サンプルの面積×接触時間×透過物質の圧力差）＝（個・ｃｍ）／（ｃｍ^２・ｓｅｃ・Ｐａ） （１）

図１２に示された測定系を用いて測定された測定結果を図１３に示す。ここで、各サンプルチューブ３は、外径８ｍｍ、内径６ｍｍを持ち、且つ、長さが１．５ｍであった。図示された例では、２３℃のＵＰＷを、１リットル／ｍｉｎの流量で図１０に示した測定系に流した場合の測定結果であり、ここでは、サンプルチューブ３に３ｋｇｆ／ｃｍ^２の酸素負荷を加えた場合における溶存酸素（ＤＯ）の測定結果を示している。

図１３に示された特性曲線Ｃ１は、ＰＦＡ単層チューブの透過量を示し、特性曲線Ｃ２は、ナイロン単層チューブの透過量の時間的な変化（２４時間中）を示している。更に、特性曲線Ｃ３は、図１１と同様に、ＰＦＡ層、接着剤層、及び、ナイロン層の３層を積層することによって構成され、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、及び、長さ１．５ｍを有するチューブの透過量を示している。また、特性曲線Ｃ４は、図１０に示されたソフト化処理されたＰＶＤＦチューブの透過量を示している。尚、図１３の特性曲線Ｃ５は、柔軟なチューブが出来ないステンレスチューブ（ＳＵＳ）の透過量を参考のために示している。

図１３からも明らかな通り、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブ（Ｃ４）、３層構造のチューブ（Ｃ３）のいずれも、２４時間経過しても１０ｐｐｂ以下の酸素透過量を示し、５０ｐｐｂ近くにまで達するＰＦＡ単層チューブに比較して、極めて良好な特性を有していることが判る。また、その中でも、酸素透過量は、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブ（Ｃ４）において最も少なく、続いて、３層構造のチューブ（Ｃ３）において酸素透過量が多くなることが判る。また、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブはステンレスチューブ（ＳＵＳ）と同程度の低酸素透過量である。

次に、図１４を参照すると、上記したチューブの酸素透過係数の測定値が示されている。ここでは、１６〜２０時間中の平均値が溶存酸素（ＤＯ）として示されており、更に、図１４にはＵＰＷ中に残存していた酸素量を０．１４ｐｐｂとした場合の溶存酸素の変化量がΔＤＯとして示されている。また、特許文献２に開示された下記の式（２）を用いて算出された酸素透過係数も示されている。

酸素透過係数(grams・mil/100in²・24hr・atm)＝
(酸素透過量×チューブ肉厚(mil))/(チューブ表面積(100in²)×ガス差圧(atm)) （２）

図１４から明らかな通り、ＰＦＡ単層チューブの酸素透過係数（１．５６×１０^７：１．８４）に比較して、３層チューブ、及び、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブは、いずれも非常に小さい酸素透過係数（即ち、１０^７オーダー以下）を有していることが判る。即ち、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブ、及び３層チューブの酸素透過係数は、それぞれ、５×１０^６[個・ｃｍ／ｃｍ^２ｓｅｃＰａ]以下である、（１．５０×１０^５：０．０２）、（１．６６×１０^６：０．２０）、及び（２．１４×１０^６：０．２５）（単位省略）であり、ＰＦＡチューブに比較して一桁小さい酸素透過係数を示し、特に、ソフト化処理されたＰＶＤＦチューブはＰＦＡチューブよりも二桁小さい酸素透過係数を持っている。

上に述べた例では、ナイロンとＰＦＡとの組み合わせたチューブについてのみ説明したが、ナイロン又はＰＶＤＦと、他のフッ素樹脂、例えば、ＥＴＦＥ，ＰＴＦＥ，ＰＶＤＣ，ＦＥＰ等とを組み合わせることができる。この場合、内側層チューブとして、アルカリ性水溶液、酸性水溶液、中性水溶液、有機溶剤のいずれかに対して耐性を示す材料を用いることが好ましい。

本発明は、半導体、その他の電子装置製造ラインで用いられる超純水（ＵＰＷ）、薬液等の流体を輸送するのに適した樹脂チューブを成型する樹脂成型装置全般に適用できる。また、本発明に係るチューブは、容器間のチューブに適用できるだけでなく、薬液供給用、超純水輸送用等に適用できる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る押し出し成型装置の要部構成を示した断面図である。 図２は、本発明に係る押し出し成型装置に備えられる原料樹脂貯蔵用の貯蔵タンクの一例を示した断面図である。 図３は、図１の実施形態の変形例を示した断面図である。 図４は本発明における、加熱シリンダ内のＮ_２ガス置換の様子を示した図である。 図５は、第１の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブのうち、ＰＦＡチューブについて外径を実測した値を示す。 図６は、第１の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブのうち、ＰＦＡチューブについて肉厚を実測した値を示す。 図７は、第１の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブのうち、ＰＦＡチューブについて内径を実測した値を示す。 図８は、多層チューブ押し出し成型装置の概略構成を４層の場合について示した図である。 図９は、多層構造の樹脂チューブを製造するための、本発明の第２の実施形態に係る押し出し成型装置の要部構成を示した断面図である。 図１０は、第１の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブの一例を示した図である。 図１１は、第１の実施形態による押し出し成型装置により製造された樹脂チューブの一例を示した図である。 図１２は、本発明に係るチューブの特性を測定する測定系を示す図である。 図１３は、図１２に示した測定系を用いて測定した酸素の透過量を示すグラフである。 図１４は、図１２に示した測定系を使用した測定結果を示す図である。 図１５は、従来の樹脂チューブ成型装置についてその一例の概略構成を示した図である。 図１６は、従来の樹脂チューブ成型における外径サイジング方式について説明するための断面図である。

符号の説明

１、１’、２ 樹脂チューブ
１１、３１ 加熱シリンダ
１２、３２ スクリュー
１３ 押し出し部
１４ チューブ成型部
１４−１、３４−１１、３４−１２、３４−２３、３４−２５、３４−３３、 ３４−３５ 断熱材
１４−２、１４−３ シリンダ部材
１４−４、３４−１３、３４−２４、３４−３４ 冷却部
１５、３５ 心棒
１６、３６ 心棒保持部
１７ Ｎ_２ガス導入用の配管
２０ 貯蔵タンク
２１ タンク
２２ フィルタ部材
２３ Ｎ_２ガス導入部
２４ Ｎ_２ガス排出部
３４−１〜３４−３ 第１〜第３のチューブ成型部
３４−２１ 二層目樹脂注入部
３４−３１ 三層目樹脂注入部
３４−２２、３４−３２ ヒータ

Claims (19)

1. 溶融樹脂から樹脂チューブを成型する樹脂成型装置であって、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配置されたスクリューと、ホッパーと、搬送経路を通して前記ホッパーに原料樹脂を搬送するために該原料樹脂を貯蔵するための貯蔵タンクと、を含む樹脂成型装置において、
   前記貯蔵タンク、前記ホッパー、前記加熱シリンダは前記搬送経路も含めて原料樹脂と関連する部分のすべてをＮ _２ ガス雰囲気下で密閉型構造にし、
   前記樹脂チューブの内径及び外径を規定する冶具を備えたことを特徴とする樹脂成型装置。
2. 請求項１において、前記冶具のうち少なくとも前記溶融樹脂と接触する部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。
3. 請求項１又は２において、前記冶具は前記樹脂チューブの中空部を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下の雰囲気に制御する手段を備えていることを特徴とする樹脂成型装置。
4. 請求項１又は２において、当該樹脂成型装置に関連した箇所を含む前記溶融樹脂および当該溶融樹脂の原料が存在しているあらゆる箇所の雰囲気が酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下に制御されていることを特徴とする樹脂成型装置。
5. 請求項２において、前記溶融樹脂と接触する全ての部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。
6. 請求項２において、前記耐熱材料がＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎｉ、ＮｉＦ_２、及びハステロイのうち少なくとも一つで構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つにおいて、前記溶融樹脂を所定量溜める第１の樹脂溜り部と、前記溶融樹脂を前記第１の樹脂溜り部から引き出して、前記冶具で内径及び外径を規定しつつ樹脂チューブ化する第１の押し出し又は引き出し手段とを有することを特徴とする樹脂成型装置。
8. 請求項７において、第２の溶融樹脂を所定量溜める第２の樹脂溜り部と、前記第２の溶融樹脂を前記第２の樹脂溜り部から引き出して、前記第１の押し出し又は引き出し手段でチューブ化された前記樹脂チューブの外部を覆うように積層する第２の押し出し又は引き出し手段とを、前記押し出し又は引き出し方向の下流側に備えたことを特徴とする樹脂成型装置。
9. 溶融樹脂から樹脂チューブを成型する樹脂成型装置であって、加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配置されたスクリューと、ホッパーと、搬送経路を通して前記ホッパーに原料樹脂を搬送するために該原料樹脂を貯蔵するための貯蔵タンクと、を含む樹脂成型装置において、
   前記貯蔵タンク、前記ホッパー、前記加熱シリンダは前記搬送経路も含めて原料樹脂と関連する部分のすべてをＮ _２ ガス雰囲気下で密閉型構造にし、
   当該樹脂成型装置に関連した箇所を含む前記溶融樹脂および当該溶融樹脂の原料が存在しているあらゆる箇所の雰囲気を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下に制御する手段を備えることを特徴とする樹脂成型装置。
10. 請求項９において、少なくとも前記溶融樹脂と接触する部分が当該溶融樹脂の分解を促進させない低触媒効果を持つ耐熱材料で構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。
11. 請求項９又は１０において、前記制御する手段は前記樹脂チューブの中空部を酸素０．１重量％以下、水分０．１重量％以下の雰囲気に制御する手段を含むことを特徴とする樹脂成型装置。
12. 請求項１０において、前記耐熱材料がＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｎｉ、ＮｉＦ_２、及びハステロイのうち少なくとも一つで構成されたことを特徴とする樹脂成型装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブは酸素透過係数が５×１０^６[個・ｃｍ／ｃｍ^２ｓｅｃＰａ]以下、曲げ弾性率が１８００ＭＰａ以下であり、フッ素樹脂を含むことを特徴とする樹脂成型装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブの内側表面が、アルカリ性水溶液、酸性水溶液、中性水溶液、有機溶剤の少なくとも一つに耐性のある材料によって形成されていることを特徴とする樹脂成型装置。
15. 請求項１〜１３のいずれか一つにおいて、前記樹脂チューブは、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＣ、ＦＥＰ、ＰＦＡ及びナイロンの少なくとも一つから成ることを特徴とする樹脂成型装置。
16. 請求項８において、前記樹脂チューブは組成の異なる複数の材料の層によって形成されていることを特徴とする樹脂成型装置。
17. 請求項１６において、前記樹脂チューブを形成する複数の材料は、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＣ、ＦＥＰ、ＰＦＡ及びナイロンから選ばれていることを特徴とする樹脂成型装置。
18. 請求項１〜１２のいずれか一つにおいて、前記加熱シリンダの先端部には溶融樹脂の押出し部が形成され、
    該樹脂成型装置は更に、前記樹脂チューブの外径を規定するために、断熱材を介して前記押し出し部に接続されたチューブ成型部を有し、該チューブ成型部は前記押し出し部から離れる方向に延びるシリンダ部材を有し、
    前記樹脂チューブの内径を規定するために前記チューブ成型部内に挿入されてその出口近くまで延びる心棒が設けられていることを特徴とする樹脂成型装置。
19. 請求項１８において、前記チューブ成型部から出た前記樹脂チューブの周囲を覆うために前記チューブ成型部の先端部に筒状ケーシングが取り付けられ、該筒状ケーシング内にはＮ _２ ガスが導入され、
    前記シリンダ部材の周囲には冷却部が設けられていることを特徴とする樹脂成型装置。

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