JP5628041B2 - 熱可塑性のフィルム材料の長さ方向の延伸配向のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性のフィルム材料の長さ方向の配向のための方法および装置に関し、特には比較的低温で一軸に配向されたフィルムの直交積層物の製造に関する。直交積層で最良の万能の強さ特性は、以下の配向工程によって得られることが知られている：最初に押出型からのドローダウン中に強くほぼ一軸に溶融配向し、またはよりよくは高分子材料が半溶融状態でほぼ一軸に溶融配向し、ついでかなり低い温度でさらに配向する。ここで「万能の強さ特性」は、引張強さ、降伏点、引裂伝播抵抗および穴あけ耐性の組合わせをいう。配向工程のこの組合わせはなぜ望ましいかについて満足な説明を与えるのは難しい。しかし、簡略化して言えば、配向がこれらの工程で実行される時、分子鎖は異なる配向程度の広いスペクトルを示し、これらの比較的低い配向は、フィルムが引き裂きまたは穴開け力にさらされる時に裂ける代わりに再配向するのを支援する。

しかしながら、低温の引っ張りは著しい問題を引き起こす。例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）またはアイソタクチックもしくはシンジオタクチックポリプロピレン（ＰＰ）から成るフィルムにおいて問題を引き起こす。この問題の１つの側面は、フィルムが長さ方向に延伸された場合、横方向に収縮する大きな傾向を有し、同時にその厚さが低減されるということである。この傾向は、達成された特性が重要である限り、温度が低い場合、たとえば、ＨＤＰＥとＰＰのための最適の延伸温度範囲である１０℃から４０℃の間で最も大きくなる。その問題の他の面は、この低い温度において、物質は徐々に合理的に長いゾーン内での配向をする代わりに、「ネックイン」を起こす傾向があることである。これは、延伸が接近して配置された延伸ローラーまたは延伸棒の間で行われなければならないことを意味する。また、もし特別の使用上の注意が払われなければ、これは、フィルムの横方向での必要とされる収縮を防ぐ。

約４０年前に公表された発明者の特許であるＵＳ３２３３０２９では、この課題の解決のための提案が為されている。すなわち、１つ以上の短い延伸ゾーン内での延伸に先立つ長さ方向のプリーツ付けにより、フィルムの横方向の収縮の実質的な部分に対して対処することであり、これは本出願の請求項１により正確に表現されている。

その特許では、記載されたプリーツ付け機構は、シャフト上に別々に間隔を置かれてマウントされた２セットのディスクから成る。１つはプリーツ付けされるフィルムの上に、１つはフィルムの下に配置され、１セットのディスクが他のセットのディスクの間で噛み合うようにする。それにより、フィルムは、折りたたまれ、プリーツを形成することを強いられる。フィルムのへりに加わる応力をフィルムの中央に加わる応力と等しくするために適応されたクラウン形のローラーの上をフィルムが好ましく通過することがさらに開示される。クラウン形とは、ローラーがその中央で最も大きな直径を有し、その端に向けて徐々に直径が減少する形を意味する。最後に、延伸ゾーンでフィルムは好ましくは冷却されることが開示される。それは延伸棒をフエルトで覆い、このフエルトを湿らせておくことにより好適に達成される。水は、さらにその潤滑性能により、プリーツを減少させる横方向での収縮をフィルムに与えることを助ける。プリーツは最終生産物には残らない。

発明者は、この旧発明を柔軟化されたＨＤＰＥおよびＰＰにも適用した。しかし比較的狭い幅でのみ作用し、例えば直交積層された産業用バッグまたは直交積層されたカバーシートのような工業生産には不十分であった。より堅いフィルム、たとえば純粋なＨＤＰＥまたはＰＰから作られたフィルムにこの発明を適用しようとすると、またはより大きな幅のフィルム、たとえば１ｍ幅のフィルムにこの発明を適用しようとすると、フィルムに加わる横方向の力は、長さ方向に伸びる薄い線の形でフィルムの横方向での延伸を引き起こした。長さ方向にプリーツを付け、それにより長さ方向の延伸の間のフィルムの横方向での収縮を許容することは、現在まで、横方向の延伸と狭い長さ方向の線に沿ったアテヌエーション（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）を生ずる条件下でのみ工業的に行われていた。

記載された問題は、請求項１の特徴をなす部分から現われる改良によって克服される。記載された寄り集まる方法（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）でフィルムを進めることによって、プリーツをつけるプリーツィング装置によって加えられる横方向に作用する力は低減され、最適化された調節によってほとんど完全に排除できる。その結果、横方向に延伸されたアテヌエーションされた長さ方向の線の形成が回避される。好ましい程度のプリーツ加工、すなわちプリーツをつける前と後のフィルム幅の比率は（後者は端から端まで直線に沿って測定される）、以下で議論される。

本発明は、ＨＤＰＥ、ＰＰまたはこれらのポリマーのブレンドから主として成るフィルムの長さ方向の延伸に関して特別の重要性を有している。なぜなら、比較的安値で、それらの剛さおよび達成可能な強度特性はそれらを工業的用途で使用される直交積層物、たとえば産業用バッグ、カバーシート、防水布、強化ビチューメンシート、池ライナー、温室フィルムおよび「家ラップフィルム（ｈｏｕｓｅ−ｗｒａｐ−ｆｉｌｍ）」に最もふさわしいからである。しかしながら、フィルムが標準的な室温またはその近くの温度で、狭いストリップ形状で配向されることができる場合、本発明は熱可塑性高分子材料の他のすべてのフィルムに適用可能である。本発明が適用できる例としては、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル、ポリビニリデンクロライド、およびビニルクロライドとビニリデンクロライドの結晶性コポリマーに基づくフィルムがあげられる。さらに、冷延伸可能な生分解性高分子材料に基づいたフィルムに有用であると期待される。

便利には、リダクションゾーンは、当初のフィルム幅の３倍より長くなく、好ましくは２倍より長くなく、さらに好ましくは幅よりも長くない。
比較的低温で伸びるという利点は上に言及された。また本発明による延伸は、通常６０℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは４０℃以下で行われる。延伸されるフィルムは、レイ−フラットチューブ（ｌａｙ−ｆｌａｔ ｔｕｂｅ）の形をしていることができる。これは一軸配向フィルムからの直交積層物の製造へ特に関係する。なぜなら、そのような直交積層物の通常の製造方法は、長さ方向に配向されたチューブのヘリカル切断の工程を含むからである。

本発明の好ましい実施態様では、下流のローラーまたはローラーアセンブリーは、その凸面が上流のローラーアセンブリーを指す少なくとも１つのバナナローラーを含む。「バナナローラー」の用語は通常、曲がった軸を有するローラーについて使用され、通常は円の弧を形成するローラーに使用される名前である。バナナローラーは通常しわまたはプリーツを除去するために使用されるが、ここではそれと反対に使用される。その最も単純な形式では、バナナローラーは、ゴムパイプに入れられたわずかに曲がっているシャフトから成る。それはこのシャフトを中心に回転できる。パイプは通常例えばタルクで潤滑される。より工業的なデザインでは、曲がっているシャフトとゴムパイプの間に緊密に並べられた一連のボールベアリングまたはローラーベアリングである。ゴムパイプは、例えばそれぞれがベアリングへフィットしている、並んでいる多くの環によって代用される。

バナナローラーの曲がりは調整可能であることができる。従来のバナナローラーの調節は公知であり、シャフトの端の角度の位置の調節によって行うことができる。可変の曲がりを許容するために、シャフトは好ましくは、たとえば高分子材料に埋め込まれたガラス繊維または炭素繊維の複合材で作られる。

調整可能または固定された曲がりのバナナローラーが使用されても問題はない。曲りの半径は、収縮ゾーンの長さおよびプリーツ加工の選択された程度によって決定される。これは具体的な記述の中で説明される。

下流のローラーとしての、または下流のローラーアセンブリーの一部としての少なくとも１つのバナナローラーの使用への技術的等価手段として、円のアークに近似される多角形の一部を形成するように取り付けられた多くの短いローラーを提供することができる。

フィルムがリダクションゾーンの下流の部分の最後のローラーまたはローラーアセンブリーを去り、延伸ローラーまたはバーの方へ進む際、それは、リダクションゾーンでの移動と本質的に垂直な方角に好ましくはガイドされる、好ましくはこの方向に対する角度から１０度以上離れない。図の記載と関連してさらに説明されるように、この予防策はその幅全体にわたりフィルムの長さ方向の張力を等しくする役目をする。

下流のローラーまたはローラーアセンブリーの構成と同様に、上流のローラーまたはローラーアセンブリーは、下流のローラーまたはローラーアセンブリーを指す凹面の側面を備えたバナナローラーまたはいくつかの平行なバナナローラーから成ることができる。１つまたは複数のバナナローラーは好ましくはアークを形成することができ、それらの接線はどんな位置でも、下流のローラーまたはローラーアセンブリーにより形成されるフィルム張力に垂直である。これは、上流におよび下流のローラーがバナナローラーである場合、これらのローラーは一般に同心のアークを形成することを意味する。これは、好ましい実施態様の具体的な記述の中でさらに明確にされる。

上流のバナナローラーまたは上流のバナナローラーの最後の１つには、プリーツ加工を始めるために、一連の突き出した円形のセグメント部分が有利に提供される。リダクションゾーンの下流の構成と同様に、各バナナローラーの曲がりは調整可能とすることができる。

既に言及されたように、フィルムは、好ましくはリダクションゾーンの下流の部分から、このゾーン内の移動方向に本質的に垂直に排出される。リダクションゾーン内の移動方向に実質的に垂直な方向に、好ましくはこの方向から最大で１０度以内の差で、第一の上流ローラーに進むことは、同様の理由で好ましい。

リダクションゾーンへの入口で１つ以上のバナナローラーを使用することの代わりとして、上流のローラーまたはローラーアセンブリーはクラウン型のローラーであることができ、または短いローラーのローラーアセンブリーであって一緒になって直線のシャフト上にクラウン形を形成するローラーアセンブリーであることができ、該短いローラーは互いに独立に回転可能であるようにベアリングを通して共通のシャフトと連結される。

リダクションゾーン内の幅の徐々の減少は、上流のローラーまたはローラーアセンブリーと、下流のローラーまたはローラーアセンブリーの間に配置された溝が彫られたバナナローラー（ｇｒｏｏｖｅｄ ｂａｎａｎａ ｒｏｌｌｅｒ）か、または一連の、または互いに噛み合うディスク（ｍｕｔｕａｌｌｙ ｉｎｔｅｒｍｅｓｈｉｎｇ ｄｉｓｃ）による他の方法により支援される。この目的のための溝が彫られたバナナローラーは、外側直径の異なるディスクが交互に連続して存在するものからなるか、または溝が彫られた短いローラーセグメントからなる。該ディスクまたはローラーセグメントはベアリングを介して曲がったシャフトにマウントされるか、またはそれ自身がベアリングとして作用することもできる。

好ましくは、２つのそのような溝が彫られたバナナローラー間の互いの噛み合いは固定された態様ではなく、２つの溝が彫られたバナナローラーを互いに押そうとする調整可能な力によって可変とされる。この調整可能な力はスプリング、空気圧手段、または重力によって作られることができる。スタートアップ時に一般的であるように、プリーツ加工が不規則な場合、互いの噛み合いを増加させようとする力は、プリーツ加工の程度が最低の場合にフィルム上に最も強く作用する。溝が彫られたバナナローラーを互いに押す手段が、実験により適切に調節されていれば、プリーツは徐々にフィルムの幅の全体にわたり均一に形成される。

溝が彫られたバナナローラー間の互いの噛み合いが、特別の使用上の注意がなく固定された態様にある場合、またはローラーを互いに押そうとする調整可能な力が大きすぎる場合、結果として、徐々に均一にプリーツ加工が作られる代わりに、溝が彫られたバナナローラーはフィルムを横方向に引っ張り、プリーツ加工の程度が最低となり、長さ方向に引き延ばされた薄いフィルムが形成される。

ゼロまたは低い張力で均一にプリーツを付けるフィルムでのプリーツ付けシステムは、フィルムがスムースバナナローラー、またはスムースローラーもしくはストレートローラーの上を通る時にランダムになる傾向があることが見いだされた。これは、フィルムが永久的に伸張される前に、本発明で使用されるスムースローラーに関連して問題となる場合がある。このランダム化を防止するために、そのようなスムースローラーに近接して隣接され、すぐ上流で作用するガイド手段を備えることができる。これらの手段は好ましくは、同じ側にすべてのプリーツを折り重ねるように適応されたトラックであることができる。

記載されたプリーツ加工は好ましくは、互いに噛み合う溝が彫られたバナナローラーのいくつかのセットまたは一連のディスクのいくつかのセットにより数段階で行われ、該セット内の一連のディスクのピッチは粗いプリーツ加工から細かなプリーツ加工までを発現する。

溝が彫られたバナナローラーの記載された使用の別法として、リダクションゾーン内の幅の徐々の低減は、このゾーンの少なくとも一部を通ってフィルムに続きガイドする狭いベルトのセットにより補助され、狭いベルトの２セットは、このゾーン内を前に進む間に、互いにより強く、だんだんと噛み合うようにする。

本発明はさらに先に記載された方法を実施するのに好適なすべての装置に関する。また、プリーツを形成しその加工を制御するための、溝を備えたバナナローラーが本発明と考えられることが強調される。

図１は透視図として取られた写真である。基本原理は、長さ方向の配向の間のフィルムの横方向へ収縮する傾向は、フィルムをプリーツがつけられた状態で延伸ゾーンに供給することにより許容されるというものである。写真は、実施例１に記載された延伸の前後の、ＨＤＰＥから主として作られたレイ−フラットチューブラーフィルムの試料を示す。試料は停止の間に、冷延伸機械から取り出された。 図２ａと２ｂはｍ．ｄ方向延伸のためのラインを示す原理的なスケッチである。延伸に先立ちフィルムにプリーツをつけるための装置を含む。図２ａは全ラインを表わし、図２ｂの線ａ−ａに沿った部分を含む縦断面図である。図２ｂは図２ａ中の線ｂ−ｂに沿った横断面である。明瞭な例示のために、異なるローラーの間の距離は、一般にローラーの直径と比較して短く、不相応に示される。さらに、プリーツをつけるローラーの溝が彫られた表面パターンは示されない。 図３はプリーツを成形し、調節し、コントロールする、１ペアの互いに噛み合う溝が彫られたローラーのセグメント軸を通る部分を示す。溝が彫られたローラーがバナナローラーである場合、それは折り畳まれた図（ｆｏｌｄｅｄ−ｏｕｔ ｖｉｅｗ）として理解されるべきである。 図４ａおよび４ｂは、プリーツ加工プロセス用パラメータの計算の根拠として役立つ幾何学的な図である。 図５は、図３のような原理の溝が彫られたバナナローラーの好ましい技術的な構成を示す。より堅くより丈夫な構成である。 図６は、幅リダクションゾーンへの入口またはそれからの出口のバナナローラーの中央部の構成を示す。 図７は概略の透視図であり、プリーツがスムースローラー上に水平に置かれる際の、プリーツがつけられたフィルムのいくつかの位置を示す。明瞭さのために、ガイドトラックおよびスムースローラーは示されない。 図８は図６のバナナローラーの異なる態様を示す。すなわち多角形の一部を形成する短いスムースローラーの配列であり、それは円の弧であるアーク（ａｒｃ）に近づく。 図９は、図３および５の溝が彫られたバナナローラーの異なる態様を示す。すなわち多角形の一部を成形する、短い溝が彫られたローラーの配列であり、それは円の弧であるアークに近づく。 図１０は、互いと独立に回転できる、多くのセグメントから構成されるクラウン形のローラーの一部を示す。この構成は図２ａおよび２ｂに示される第一のバナナローラーの代替え案である。

図１の写真は、（１）として示されたゾーンはプリーツがつけられたＨＤＰＥフィルムであり、配向が行われていないものの写真である。ゾーン（２）は、第一の延伸工程で比率１．５：１に１５℃で延伸されたものである。互いに斜めおよび十字に伸びる「延伸ライン」内でｍ．ｄ．配向された。フィルムの大部分は、その溶融配向とは異なり、まだ配向されていない。冷延伸によって生産された配向は直接観察できる。約４０−５０℃よりも低い温度でのＨＤＰＥまたはＰＰからの延伸フィルムは、少量の白色顔料のように作用する閉じたマイクロ−ボイドを作成するからである。これは公知である。

ゾーン（３）は、例（１）では最終工程である延伸の第３工程を経たものであり、全体に白色になっている。斜めおよび十字に伸びる延伸ラインは徐々に伸び、マクロスケールでは均質の構造になった。同時に、フィルムは横方向に収縮し、プリーツは消えた。緩和の前の最終段階の延伸比率は３．８：１であり、緩和後は２．８：１であった。
配向方法の記載された成長は斜めに互いに十字に交差する「延伸ライン」で始まり、これらの「ライン」は引き続いて徐々に発展し、一緒に成長する。最終配向フィルムではミクロの規模で不均一に見える。融成物配向とは異なり、ゼロまたはほとんどゼロの配向を有するフィルムの全ての領域がマイクロ−領域となる。また、フィルムの全ての領域で、配向が隣接したマイクロ−領域の配向と小さな角度を形成するマイクロ−領域が存在する。この種のマイクロ−不均一性は、直角方向の力が加わったときフィルム再配向することを助ける。したがってそのように延伸されたフィルムから作られた直交積層物は引裂伝播抵抗および耐穴あき性に非常に有利である。

例１から明らかなように、プリーツ加工のための最終の溝が彫られたローラーの各々のピッチは１５ｍｍであり、プリーツの平均の「波長」はこれに対応する。プリーツ加工の必要な細かさは冷延伸の間の横方向の収縮力と、フィルムと１つまたは複数の保留延伸ローラーとの間の摩擦に依存する。小さい横方向の収縮力および／または大きな摩擦は、特に細かいプリーツ加工を与える。

図２ａおよび２ｂにおいて、フィルム（４）はリール（５）から取られ、２つのニップローラー（６）の間を通る。自動的な張力測定装置およびブレーキシステム（図示されない）によって、調整された値で張力が維持される。フィルムは、１ペアのローラー（６）から、図４ｂに関連して議論される第一のスムースバナナローラー（１４）へ進む。これは幅リダクションゾーンの入口として作用する。このゾーンからの出口はスムースバナナローラー（１５）である。また、スムースバナナローラーの間に、３ペアの相互に互いに噛み合う溝が彫られたバナナローラー（１６、１７および１８）が配置される。
スムースバナナローラー（１４）の円形の軸によって決定された面は、小さな差は許容可能であるが、スムースバナナローラー（１５）の円形の軸によって決定された面と実質的に同じであり、同様に幅リダクションゾーン中の溝が彫られたローラーの各々の円形の軸によって決定された面もほぼ同じ面である。バナナローラーの円形の軸はすべて本質的に同心である。これらの円弧の半径の選択は図４ａに関連して議論される。

一般的な記述で議論されるように、溝が彫られたバナナローラーの各々の３ペアは、調整された圧力下で一緒に一定に押されるが、これは図示されない。

スムースバナナローラー（１５）を通ると、フィルムは方向を変え、幅リダクションゾーンを通るときの方向とほぼ垂直の角度でこのローラーから出る。機械、延伸部分の第一のローラー、つまりローラー（７）へ行く途中で、２ペアの相互に互いに噛み合う直線の溝が彫られたローラー（１９および２０）を通る。これらの２ペアの溝が彫られたローラーも、図示されない手段により調整された圧力下で一定に一緒に押される。

バナナローラー（１４）および（１５）、並びに溝を彫った、曲げられたまたは直線のローラーは、アイドルローラーである。

スムースローラー（１５）および（７）のそれぞれのすぐ上流で、これらのローラーの各々のすぐ近くに、スムースローラーが均一なプリーツ加工をランダムにすることを回避するガイド装置がある。明確性のために、これらのガイド装置はここに示されないが、図７に関連して記載される。

フィルムのプリーツ加工は、フィルム中の張力とともに、バナナローラー（１４）および（１５）の同心のアレンジメントによって主として引き起こされる。しかしながら、これらの手段だけでは通常粗く不均一なプリーツ加工が与えられる。

記載されたアレンジメントでは、ローラーペア（１６）上の溝部分は比較的大きい。なぜなら粗く均一なプリーツまたはコンボリューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）を形成するためには比較的小さな力が必要とされ、この位置で形成される細かいプリーツは、ローラーペア（１７）に進む間に粗いプリーツへ変わる傾向があるからである。

ローラーペア（１７）上のピッチはローラーペア（１６）によって成形されたプリーツの数の２倍になるように適合される。また、ローラーペア（１８）上のピッチはさらに倍にされる。図７に関連して記載されるように、スムースバナナローラー（１５）はプリーツまたはコンボリューションを水平にする。これが均一に起こることを確実にするために、ガイド装置を提供することができる。ローラーからローラーに移動する途中でプリーツがより粗くなることを回避するために、ローラーペア（１７）からローラーペア（１８）までの、およびローラーペア（１８）からローラーペア（１５）までの距離は、比較的短くされる。

互いに噛み合う（ｉｎｔｅｒｍｅｓｈｉｎｇ）直線の溝が彫られたローラー（１９）へ進む途中で、プリーツは再び立っている形式にされる。ローラー（１９）の上のピッチは、ローラーペア（１７）によって成形されたプリーツの数をもたらすように適合される。記載されたガイドトラックにもかかわらず、スムースバナナローラー（１５）がレイ−フラットプリーツのアレンジメントで幾分かの不規則性を引き起こし、規則性の再確立にはより大きなピッチが要求されるからである。プリーツまたはコンボリューションの数は、ローラーペア（２０）の通過の際に再び倍にされる。その後スムースな駆動されるローラー（７）およびゴムでコーティングされたニップローラー（８）により維持される。

ローラー（１５）と（１９）の間の距離は比較的長い。この選択の理由は図４ｂに関連して議論される。ローラーペア（２０）とローラー（７）および（８）の間の距離は、細かなプリーツがより粗くなることを回避するために短い。（図はこれらのポイントについて縮尺通りではない。）スムースな駆動されるローラー（７）およびゴムでコーティングされたカウンターローラー（８）は、本質的にローラー（７）と同じ円周速度で運転されるスムースローラー（９）により支援されて、延伸中にフィルム上で逆転が防止される。

スムースローラー（１０）、（１１）、および（１２）は駆動される。ローラー（１３）はゴムでコーティングされたニップローラーである。第一の延伸工程を行なうため、ローラー（１０）はローラー（９）より速く移動する。第二の延伸工程を行なうため、ローラー（１１）はローラー（１０）より速く移動する。そして第三の延伸工程を行なうため、ローラー（１２）はローラー（１１）より速く移動する。ローラー（７）から（１２）のそれぞれは、水を循環させることによって一定温度に維持される。この温度は標準的な室温と同じか、若干低いかまたは若干高いことができる。たとえば３０℃または４０℃での延伸が選択される場合には、フィルムはあらかじめ熱せられなければならない。これは、そのような高い温度で環境を維持することにより最も簡単に達成される。

記載された延伸ラインから、フィルムはアニーリングステーションへ進み、緩和される。アニーリングステーションはたとえば６０−８０℃に加熱されている。これは従来の装置であり、図中では箱（１１４）によって記号化される。しかしながら、フィルムが緩和される間に、より広くなり、例えばいくつかのバナナローラーの使用によってこれが回避されなければ、部分的にプリーツ加工されたものが変形する傾向があることは注目されるべきである。

緩和中のフィルム中の張力はローラー（１１５）および（１１６）の速度によって設定される。ローラー（１１６）にはゴムでコーティングされたカウンターローラー（１１７）が備えられる。この張力は、張力測定バナナローラー（１１８）によって自動的にコントロールされる。最後に、フィルムはワインダー（１１９）上に巻き取られる。

図３中で示されるローラーに溝を彫ったアイドルローラーは直線または曲線であるとして言及される。したがって、例えば２つの軸（２０）は、紙の面に垂直な面から折りたたまれたと理解できる。プリーツ加工の形は固定シャフト（２３）上でアイドリングしている環（２２）により均一に調節され作られる。環（２４）は環（２２）を互いに正確に間隔を置かれるように離す。環（２２）および（２４）は自己潤滑性材料（例えばテフロン、登録商標）から作られる。

プリーツ加工／延伸機械ラインの操業開始の際に、溝が彫られたローラーの各ペアは、互いに噛み合いの状態にはないようにするべきである。互いの噛み合いは例えば空気圧により作動する手段によって徐々に確立され、フィルムのラインは一般的な記述で説明されるように運転される。溝が彫られたバナナローラーのより安定した構成が図５に示される。また、プリーツをつけるための直線の溝が彫られたローラーは、端部にベアリングを有し、全体が回転するようにすることができる。

図４ａに関連する以下の計算では、２つのスムースバナナローラーの軸、図では（ＡＢ）および（ＣＤ）であり、図２ａではそれぞれ（１４）および（１５）である、はそれぞれ、それらの凸面および凹面の半径と等しいと近似される。それらの断面の半径が通常３ｃｍ未満なので、この近似は許容可能である。

（Ａ）、（Ｅ）、（Ｇ）、（Ｉ）および（Ｃ）は、プロセスの異なる工程におけるフィルムの１つの端を表わし、（Ｂ）、（Ｆ）、（Ｈ）、（Ｊ）および（Ｄ）は別の端を表わす。アークに沿って測定された（Ａ）からの（Ｂ）への距離は、「幅リダクションゾーン」にフィルムが入るときのフィルムの幅であり、アークに沿って測定された（Ｃ）から（Ｄ）への距離はこのゾーンから出る時のプリーツがつけられたフィルムの幅である。（Ｐ）は５つのアークの同軸の中心である。

プリーツ加工の程度は、プリーツのない未延伸フィルムの幅とプリーツがつけられたフィルムがローラー（７）に入るときの幅の間の比率である（図２ａを参照）。プリーツがつけられたフィルムの幅は、端から端まで直線で測定される。この比率は、本質的に、半径（ＰＣ）で割られた半径（ＰＡ）と本質的に等しいアーク長さ（ＣＤ）で割られたアーク長さ（ＡＢ）の間の比率と等しい。

数ｃｍ幅のフィルムストリップが比較的低温でｎ：１の比率で長さ方向に延伸された場合、それは通常その幅と厚さがほとんど等しく低減される傾向がある。すなわち、両方ともルートｎ：１に低減されるが、その溶融配向にも多少依存する。したがって、例えば、延伸比率４：１では、それは、通常約２：１の比率で幅および厚さの両方が低減される。延伸温度が２０℃の場合、ほとんどのＨＤＰＥまたはＰＰフィルムが破損の危険なしで延伸されることができる比率である４：１で幅の広いフィルムを延伸するためには、プリーツをつける程度は、理論的には約２：１である。この延伸比率４：１は、緩和が起こっていない状態でのものであり、フィルムは延伸中に生じる最も高い張力の下にある。しかし実際には完全に均一なプリーツ加工を行うことは非常に難しい。また延伸後にプリーツの跡が残らないことを保証するため、延伸比率４：１で温度が２０℃の場合では１．５：１から１．６：１の間のプリーツの程度が最も適当である。図では、半径（ＰＡ）は半径（ＰＣ）の１．５倍であり、１．５：１のプリーツの程度と対応する。「リダクションゾーン」は、完全にプリーツがつけられたフィルムの幅（アークＣＤ）と等しい。それはかなり適切であることが見出された。２つのフィルム端（ＡＣ）および（ＢＤ）は、したがって０．５ラジアン＝２８．６度である。

以下において、アーク（ＣＤ）の長さおよびリダクションゾーンの長さは１．００ｍであり、弓（ｂｏｗ）（ＡＢ）の長さはしたがって１．５ｍであることがさらに規定される。半径（ＰＡ）は３．００ｍおよび半径（ＰＣ）は２．００ｍである。アーク（ＥＦ）はアーク（ＡＢ）および弓（ＣＤ）との中央に好適に位置することができ、アーク（ＧＨ）は（ＥＦ）と（ＣＤ）との中央に好適に位置することができる。これは、アーク（ＥＦ）の半径が２．５０ｍで、アーク（ＧＨ）の半径が２．２５ｍであることを意味する。図２ａに関連して言及されるように、アーク（ＩＪ）はアーク（ＣＤ）に非常に接近しているべきである。その半径は２．０８ｍであることが規定される。

アーク（ＡＢ）の中間点と弦（ＡＢ）の間の距離は、
３ｍ×（１−ｃｏｓ ０．２５）＝９．４ｃｍ
である。図１の記述の中で言及されたように、プリーツ加工の必要な細かさは、横方向の収縮力と、フィルムと１つまたは複数の保持延伸ローラーとの間の摩擦力に依存する。ゲージが本質的に０．１０ｍｍを超えない場合には、ローラー（７）の上の１５ｍｍのピッチが、ＨＤＰＥまたはＰＰに基づいたチューブラーフィルムに通常ふさわしいことが知られた。図２ａの記述に関連して、スムースバナナローラー（１５）を通るプリーツの数はこのピッチに対応する。従って、異なる半径を考慮に入れて、ローラーペア（１８）の上のピッチは
１５×２．０８÷２．００＝１５．６ｍｍである。
ローラーペア（１７）はプリーツの半分の量を生産するように構築される。そのピッチは以下の通りである：
３０×２．２５＋２．００＝３３．７５ｍｍ
最後に、ローラーペア（１６）はこの半分のプリーツの数を生産するように構築される。そのピッチは以下の通りである：
６０×２．５÷２＝７５ｍｍ
プリーツ加工が、溝が彫られたローラー（１４）上の円形のセグメント部分からわずかに滑らかに突き出すように調製されていれば、これらの突出のピッチは次のとおりである：
６０×３／２＝９０ｍｍ

幾何学的な図４ｂは、図４ａの面に垂直な面の図である。図４ａを通る点を（Ｋ）および（Ｌ）と呼ぶ。（Ｍ）はフィルムがローラーペア（６）を去る点である。図２ｂを参照。（Ｎ）は、線（ＭＬ）上で（ＭＫ）＝（ＭＮ）とされる。

（ＭＫ）はフィルムの中央がローラーペア（６）からバナナローラー（１４）へ通過するルートであり、（ＭＬ）は、フィルム端が同じローラー間を通過するルートである。
したがって（ＬＭ）はこれらの２つのルート間の相違である。この違いは張力の相違を作り出す。１％の差が許容可能であると規定される。また、次の計算の目的は距離（ＫＭ）の最小長さを確立することである。角度（ＬＫＮ）は周囲角度（ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ ａｎｇｌｅ）である。角度（ＫＭＮ）の半分の大きさであり、また両方が小さな角度であるので、次の方程式が適用可能である：
（ＬＮ）／（ＫＬ）＝（ＫＬ）／２（ＫＭ）
変形すると、
（ＫＭ）×（ＬＮ）＝（１／２）×（ＫＬ）^２
別の方程式では、距離の最大１％の差を示す：
（ＬＮ）＝１／１００ ×（ＫＭ）
２つの方程式を組み合わせると：
（ＫＭ）^２ ＝５０（ＫＬ）^２， （ＫＭ）＝７．０７×（ＫＬ）
図４ａに関連して計算すると：
（ＫＬ）＝９．４ｃｍ、
したがって
（ＫＭ）＝ ７．０７ × ９．４ ＝ ６６ ｃｍ
同様の計算はローラー（１５）からローラー（７）までの行路長の差について行うことができる。

図５では、溝が彫られたバナナローラーの回転可能な波状の部分は、ボールベアリング（２６）によって円形に曲がっているシャフト（２３）に取り付けられる多くの環（２５）から成る。シムリング（ｓｈｉｍｒｉｎｇｓ）（２４）および（２４ａ）は、ボールベアリングの適切な性能を保証する。

スムースバナナローラーの構成は、図６の中で示されたように、図５の中で示される構成に似ているが、環（２５）が波状の形ではなく、機械のフレームワークに接続されたアーム（２７）がその中央で曲がっているシャフト（２３）を支持する。そのような支持体なしでは、フィルムの張力は、シャフトの曲がった軸によって決定された面を歪めることがある。図を単純化するために、サポートアーム（２７）は、この面（つまり紙面）と平行に示される。しかしより実際的には、フィルム張力をできるだけよりよく打ち消すために、この面に対して傾斜して配置されるべきである。

サポートアーム（２７）に対応して、このアームの拡張部か、またはシャフト（２３）に固定される「ハーフリング」（２８）が存在する。このハーフリングの上をフィルムはスライドし、アームの中のチャンネル（図示されない）を通ってポンプ移送される冷却水によって摩擦熱が回収される。図７では、立っているコンボリューション（１０１）が徐々に、全てが同じ側に倒れているレイ−フラットプリーツ（ｌａｙ−ｆｌａｔ ｐｌｅａｔｓ）（１０３）に変形される。その間の１つの位置（１０２）が示される。プリーツは、このように全てが同じ側に水平に、スムースバナナローラー（１５）およびスムースな直線ローラ（７）の上に倒れる。図２を参照。この操作を行なう装置は、徐々にひねられている薄い金属板の櫛状の配列であることができる。これは次のことを意味する。上流端において、それらは一般にスムースローラーの軸と垂直であり、それらの下流端に向けて、この軸と平行となるようにそれらの角度が変化される。これらの２つのスムースローラーの各々のすぐ上流にガイド装置がなければ、これらのローラーは、プリーツ加工をランダムにする傾向がある。ある程度まで、このランダム化は単純な櫛または一連の自由に回転するディスクにより打ち消すことができる。しかしそのような単純なアレンジメントは同じ側にプリーツを曲げない。

図８では、溝が彫られたバナナローラーは、多くの短く直線の溝が彫られたローラー（２９）によって代用される。各々はボールベアリング（３０）および（３１）によってその端で支持された。各ペアの隣接したボールベアリングは、ハウジング（３２）内に収納される。該ハウジングは機械のフレームワークへ、またはローラー間の互いの噛み合いを解放しまたは閉鎖する手段にアーム（３３）を介して固定される。

図９は図８と同じであるが、図７と同様、回転しない水冷されたハーフリング（３４）が備えられ、その上をフィルムがスライドする。

図１０では、（３５）は固定されたシャフトでありその上を、短いセグメント（３６）がアイドリングでき、ボールベアリング（３７）を介してシャフトに接続されている。言及されるように、これは第一のバナナローラー（１４）の好適な代替えでありえる。多くの短く、独立して運動するセグメントのクラウン形のローラーを使用する利点は、ほとんどローラー表面の上をスライドすることなく、フィルムの速度にセグメントが追随できることである。

実施例
１００ミクロンの厚さのチューブラーフィルムが以下の組成物から押し出される：
中央層、合計の７０％：
１００％のＨＭＷＨＤＰＥ。
内側表面層、合計の１０％：
ｍ．ｆ．ｉ．＝１のＬＬＤＰＥ。
外側表面層、合計の２０％：
６０％のメタロセンＰＥ＋４０％のＬＬＤＰＥ；
ｍ．ｆ．ｉ．＝１

レイ−フラットフィルムの幅：５４ｃｍ。
レイ−フラットフィルムは、以下の変更が施された図２ａおよび２ｂに記載された装置により、１５℃でプリーツ加工され延伸された。

バナナローラー（１５）の半径は、１．００ｍである。また、バナナローラー（１４）の半径は１．５ｍであり、１．５：１のプリーツ程度を与える。延伸は２工程だけで行われた。溝が彫られたローラーペア（１６）が省略される。ペアのローラー（１８）は１．０６ｍの半径を有し、ペアのローラー（１７）は１．１５ｍの半径を有していた。運転された溝が彫られたローラー（７）のピッチは１５ｍｍである。また、他の溝が彫られたローラーのピッチは図４ａに関連する式により同様にこれから計算される。

延伸ローラーの温度は、水を循環させることによって１５℃に維持される。オーブン（１１４）では、フィルムは装置に接続されたローラー（１１８）によってコントロールされて、低張力下、７０℃で処理される。

最後の延伸ローラーと第一の延伸ローラーとの速度の比率により測定された延伸比率は２．８：１であり、緩和後の最終延伸比率は２．８：１である。

その後、レイ−フラットチューブラーフィルムは配向の主方向が機械方向と４５度の角度を形成する単一のフィルムを形成するように螺旋状に切断される。メタロセンを含んでいる層がラミネート層として作用するように、７０度でニップローラーの間で同様のフィルムに連続的に積層される。
本発明はその実施態様として以下を含む。
１項： 固体状態で延伸することにより長さ方向に配向した熱可塑性のポリマーフィルムを供給する改良された方法であって、延伸は２つ以上の延伸ローラーまたはバーの間および／またはその上の１つ以上の短いゾーンで行われ、端から端まで直線で測定した幅が延伸に先立って低減され、この低減は規則的なパターンの長さ方向に伸びるプリーツの形態であり、延伸ゾーンでの幅と長さの低減は、長さ方向に延伸される際に横に収縮する高分子材料の固有の傾向によりプリーツからフィルムを十分にまっすぐにすることを許容し、
前記のプリーツの形成は、少なくとも１ペアの相互に互いに噛み合う溝の彫られたローラー間、または互いに噛み合うディスクの複数のセットの間で起こり、幅の低減が当初のフィルム幅の２分の１よりも小さくはないリダクションゾーン内で徐々に起こり、このゾーンは上流のローラーまたはローラーアセンブリー、および下流のローラーまたはローラーアセンブリーによって制限され、これらは回転軸の方向が異なるように配置され、この方向はフィルムの中央部分で機械方向と９０度を為し、その端に向けて徐々に変化し、リダクションゾーン内で寄り集まるようにフィルムを進める、方法。
２項： フィルムは主としてＨＤＰＥ、ＰＰまたはこれらのポリマーのブレンドから成る、１項記載の方法。
３項： リダクションゾーンが当初のフィルム幅の３倍よりも長くなく、好ましくは２倍よりも長くなく、より好ましくはこの幅よりも長くない、１または２項記載の方法。
４項： フィルムがレイ−フラットチューブの形態である、１から３項のいずれか１項項記載の方法。
５項： 延伸が６０℃以下、好ましくは５０℃以下、より好ましくは４０℃以下で行われる、１から４のいずれか１項項記載の方法。
６項： 下流のローラーまたはローラーアセンブリーが、上流のローラーまたはローラーアセンブリーの方向を向いた凸面を有する少なくとも１つのバナナローラーを含む、１から５項のいずれか１項項記載の方法。
７項： 下流のローラーアセンブリーが、個々にマウントされた多くの短いローラーから成り、プリーツ加工の所望のパターンの多角形の周囲の部分を形成する、１から５項のいずれか１項項記載の方法。
８項： リダクションゾーンの下流の部分の最後のローラーまたはローラーアセンブリーをフィルムが去る際、フィルムのリダクションゾーン内のその移動方法に垂直な方向から１０度以内の方向にガイドされる、１から７項のいずれか１項項記載の方法。
９項： 上流のローラーまたはローラーアセンブリーは、１つのバナナローラーまたは複数の平行なバナナローラーから成り、該バナナローラーには下流のローラーまたはローラーアセンブリーを指す凹面を備えている、１から８項のいずれか１項項記載の方法。
１０項： 前記の１つまたは複数のバナナローラーは、全ての位置における接線が下流のローラーまたはローラーアセンブリーによって作られたフィルム張力に垂直となるアークを形成する、９項記載の方法。
１１項： フィルムが幅リダクションゾーン内のその移動方向に垂直な方向から１０度以内の方向で、第一の上流のローラーに向けて進む、１から１０項のいずれか１項項記載の方法。
１２項： 上流のローラーまたはローラーアセンブリーがクラウン形のローラーまたは短いローラーのアセンブリーであって、該アセンブリーは直線のシャフト上に一緒になってクラウン形を形成する短いローラーのアセンブリーであり、該短いローラーは互いに独立に回転することができるようにベアリングを介して共通のシャフトに接続される、１から８項のいずれか１項項記載の方法。
１３項： リダクションゾーン内の幅の徐々の低減が、互いに噛み合うディスクによって支援され、好ましくは該ディスクは上流のローラーまたはローラーアセンブリーと下流のローラーまたはローラーアセンブリーの間に設置された複数のペアの溝が彫られたバナナローラーの形態である、１から１２項のいずれか１項項記載の方法。
１４項： バナナローラーは、交互に連続する異なる外径の複数のディスク、または溝を彫られた短いローラーセグメンツから成り、該ディスクまたはローラーセグメンツは曲がったシャフト上にマウントされる、１３項記載の方法。
１５項： いくつかまたはすべての互いに噛み合うディスクが、噛み合いを独立に調節可能である、１３項記載の方法。
１６項： 幅の徐々な低減が少なくとも１ペアの相互に互いに噛み合う溝が彫られたバナナローラーにより補助され、該噛み合いは２つのローラーをともに移動させるために作用する調整可能な力によって変化させることができる、１３項記載の方法。
１７項： リダクションゾーン内の幅の徐々の低減が、このゾーンの少なくとも一部を通るフィルムに追随しガイドする１セットの狭いコンベヤーベルトによって補助され、ゾーン内を前方向へ進む間に前記２セットの狭いベルトは徐々にますます互いに噛み合うようにされる、１から１６項のいずれか１項項記載の方法。
１８項： プリーツ加工が、溝が彫られたローラーのいくつかのセットでいくつかの工程により行われ、該セットの溝のピッチは互いに異なり、粗いプリーツから細かいプリーツまでをあたえる、１から１７項のいずれか１項項記載の方法。
１９項： 永久的に伸張される前にプリーツがつけられた状態で、フィルムがスムースバナナローラーまたはスムースな直線のローラーの上を通る時に、このローラーへ隣接し、すぐ上流で作用するガイド手段が提供され、該ローラーがプリーツをランダムにすることを防止する、１から１８項のいずれか１項項記載の方法。
２０項： 前記手段が、プリーツをすべて同じ側に折り重ねるように適応されたねじで締めたトラックである、１９項記載の方法。
２１項： 熱可塑性フィルム（４）を長さ方向に配向するための装置であって、機械方向に順に、
ｉ）フィルムの幅を横切り規則的に長さ方向に伸びるプリーツを設けるための、互いに噛み合う溝が彫られたローラーまたは互いに噛み合うディスクのセットを含む、少なくとも１ペアの互いに噛み合うプリーツ加工用ローラー（１６）を含む、幅低減ステーション；および
ｉｉ）固体状態でフィルムを長さ方向に延伸するための長さ方向の延伸ステーションであって、間隔を置いて配置された１以上のペアの延伸ローラー（９、１０）またはバーを含み、該ペアの各々の間の間隔が比較的短い延伸ステーション、を含み、
幅低減ステーションは、上流のローラー（１４）またはローラーアセンブリー、および下流のローラー（１５）またはローラーアセンブリーを含み、その間に幅リダクションゾーンを備え、上流および下流のローラーまたはローラーアセンブリーはそれぞれの回転軸について相違する方向を有し、
該相違はフィルムの中心では機械方向に対して９０度であり、中心からフィルムの両側の端へ向けて徐々に変化し、その結果フィルムは、フィルムの端が中心の方へ寄せ集められつつ幅低減ステーションを通るように導かれる、装置。
２２項： 上流のローラー（１４）またはローラーアセンブリーと下流のローラー（１５）またはローラーアセンブリーの間の距離が、当初のフィルム幅の３倍よりも長くなく、好ましくは２倍よりも長くなく、より好ましくはこの幅よりも長くない、２１項記載の装置。
２３項： 下流のローラー（１５）が、上流のローラーまたはローラーアセンブリーの方向を向いた凸面を有するバナナローラーである、２１または２２項記載の装置。
２４項： 下流のローラーアセンブリーが、個々にマウントされた多くの短いローラー（２９）から成り、プリーツ加工の所望のパターンの多角形の周囲の形状を形成する、２１または２２項記載の装置。
２５項： 下流のローラー（１５）からフィルムが長さ方向延伸ステーションへ向けて、幅低減ステーションを通って移動する方向に垂直な方向から１０度以内の方向でフィルムが導かれる、２１から２４のいずれか１項項記載の装置。
２６項： 上流のローラー（１４）は、１つのバナナローラーであり、下流のローラーまたはローラーアセンブリーを指す凹面を備えている、２１から２５項のいずれか１項項記載の装置。
２７項： 前記のバナナローラーは、接線が下流のローラーまたはローラーアセンブリーによって作られたフィルム張力に垂直となるアークを形成する、２６項記載の装置。
２８項： 幅低減ステーションの上流にフィルム供給手段（６）をさらに含み、フィルムが幅低減ゾーン内のその移動方向に垂直な方向から１０度以内の方向で、上流のローラー（１４）またはローラーアセンブリーに向けて進む、２１から２７項のいずれか１項項記載の装置。
２９項： 上流のローラー（１４）またはローラーアセンブリーがクラウン形のローラーまたは短いローラーのアセンブリーであって、該アセンブリーは直線のシャフト上に一緒になってクラウン形を形成する短いローラーのアセンブリーであり、該短いローラーは互いに独立に回転することができるようにベアリングを介して共通のシャフトに接続される、２１から２５項のいずれか１項項記載の装置。
３０項： 幅低減ステーションはさらに少なくとも１つのペアのローラーを含み、該ローラーは上流のローラーまたはローラーアセンブリーと下流のローラーまたはローラーアセンブリーの間に設置された互いに噛み合うディスク（２２）を含み、好ましくはペアの溝が彫られたバナナローラーの形態である、２１から２９項のいずれか１項項記載の装置。
３１項： 溝の彫られたバナナローラーは、交互に連続する異なる外径の複数のディスクから成るか、または溝を彫られた短いローラーセグメントから成り、該ディスクまたはローラーセグメントは曲がったシャフト上にマウントされる、３０項記載の装置。
３２項： いくつかまたはすべての互いに噛み合うディスクが、それらの噛み合いが独立に調節可能である、３０項記載の装置。
３３項： 少なくとも１ペアの相互に互いに噛み合う溝が彫られたバナナローラーを含み、該噛み合いは２つのローラーをともに移動させるために作用する調整可能な力によって変化させることができる、３０項記載の装置。
３４項： 幅低減ステーションは上流のローラー（１４）またはローラーアセンブリーと下流のローラー（１５）またはローラーアセンブリーの間のゾーンの少なくとも一部を通りフィルムに追随しガイドする１セットの狭いコンベヤーベルトをさらに含み、２セットの狭いベルトはこのゾーン内をフィルムが寄り集まって進む間に互いに徐々にますます互いに噛み合うようにされる、２１から３３項のいずれか１項項記載の装置。
３５項： 幅低減ステーションはいくつかのペアの互いに噛み合うプリーツ加工ローラー（１６、１７、１８）を含み、連続するペアの間で溝のピッチが減少してゆく、２１から３４項のいずれか１項項記載の装置。
３６項： プリーツ加工ローラーの下流で、長さ方向の延伸ステーションの上流の少なくとも１つのスムースローラー（７）のすぐ上流に、プリーツ（１０１）をすべて１つの方向（１０３）に折りたたむように適合されたプリーツガイド手段が提供され、該ガイド手段は好ましくはねじを切られたトラックを含む、２１から３５項のいずれか１項項記載の装置。
３７項： 溝が彫られたバナナローラーを含むフィルム加工用装置。
３８項： １ペアの相互に互いに噛み合う溝が彫られたバナナローラーを含む、３７項記載の装置。
３９項： 噛み合いは２つのローラーをともに移動させるために作用する調整可能な力によって変化させることができる、３８項記載の装置。
４０項： 交互に連続する異なる外径の複数のディスクまたは溝を彫られた短いローラーセグメントから成り、該ディスクまたはローラーセグメントは曲がったシャフト上にベアリングを介してマウントされるか、またはそれ自身がベアリングとして作用する、３７または３８項記載の装置。

Claims (1)

1. 固体状態で延伸することにより長さ方向に配向した熱可塑性のポリマーフィルムを供給する改良された方法であって、延伸は２つ以上の延伸ローラーまたはバーの間および／またはその上の１つ以上の短いゾーンで行われ、端から端まで直線で測定した幅が延伸に先立って低減され、この低減は規則的なパターンの長さ方向に伸びるプリーツの形態であり、延伸ゾーンでの幅の低減と、延伸ゾーンの長さは、長さ方向に延伸される際に横に収縮する高分子材料の固有の傾向によりプリーツからフィルムを十分にまっすぐにすることを許容し、
   前記のプリーツの形成は、少なくとも１ペアの相互に互いに噛み合う溝の彫られたローラー間、または互いに噛み合うディスクの複数のセットの間で起こり、幅の低減が当初のフィルム幅の２分の１よりも小さくはないリダクションゾーン内で徐々に起こり、このゾーンは上流のローラーまたはローラーアセンブリー、および下流のローラーまたはローラーアセンブリーによって制限され、これらは回転軸の方向が異なるように配置され、この方向はフィルムの中央部分で機械方向と９０度を為し、その端に向けて徐々に変化し、リダクションゾーン内で寄り集まるようにフィルムを進める、方法。

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