JP5678545B2 - スロットダイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂フィルムを成形するスロットダイ装置に関し、特に、樹脂フィルムの端部の膜厚不均等を抑制するスロットダイ装置に関する。

従来、スロットダイを用いて樹脂フィルムを生成する際に、成形された樹脂フィルムの端部が厚くなってしまい、この端部を切除することが行われている。そこで、樹脂フィルムの端部が厚くなることを抑制し、切除される樹脂量を軽減させている。
例えば、特許文献１には、溶融樹脂をダイ本体に形成されたマニホールド部から供給してダイランド部、リップランド部を介してリップ出口から押出し、目的の幅に拡幅されたシートまたはフィルムを成形する押出成形用Ｔダイにおいて、ダイ本体のマニホールド部およびダイランド部ならびにリップランド部内に摺動自在に配置され、互いに接近離間して成形幅を調整可能な一対のインナーディッケルの内面に、リップ出口端縁部の樹脂流量を絞る端縁絞り部をそれぞれ設けた押出成形用Ｔダイが開示されている。
この押出成形用Ｔダイによれば、端縁絞り部により、樹脂フィルムの端縁部における樹脂の吐出流量を減少させ、リップ出口からの吐出時に、樹脂シートの左右の端縁部が円形断面に膨らむ事を抑制している。

また、特許文献２には、樹脂吐出用のスロットの開口部を形成するリップが長手方向に沿って設けられたダイ本体と、リップに付設されてスロットの開口幅を規定するディッケル機構とを備えたフィルム成形用の押出ダイにおいて、ディッケル機構は、リップに沿って互いに接近離間する左右一対のディッケル構成部材から成り、かつ、各ディッケル構成部材は、内面がリップの前端面に面接触するアウターディッケルと、当該アウターディッケルの前記内面から略垂直に立ち上げられてスロット内に外装された板状のインナーディッケルとから構成されているフィルム成形用の押出ダイが明示されている。

特開２００２−１９２５９４号公報 特開２００１−０３０３３０号公報

しかしながら、特許文献１および２によるスロットダイ装置では、スロットから吐出される溶融樹脂はその幅方向の端部側の流速が中央部より遅いので、幅方向の端部近傍では膜厚が目標値より薄くなる結果となっている、また幅方向の端部では流速の速い幅方向の中央側に縮みやすく、その厚さが厚くなりやすかった。
また、特許文献１には、インナーディッケルの内面に、リップ出口端縁部の樹脂流量を絞る端縁絞り部をそれぞれ設けていることにより、樹脂フィルムの端縁部における樹脂の吐出流量を減少させていると記載されているが、リップ出口端縁部を絞ることで樹脂フィルムの端縁部に樹脂が集まり、樹脂フィルムの端縁部が円形断面に膨らみ厚くなる事が考えられる。

本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、スロットから吐出される溶融樹脂の幅方向の端部側の流速を速めることができて、成形された樹脂フィルムの端部近傍で膜厚が薄くなる点と端部で厚くなることを抑制できるスロットダイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明の請求項１に係る発明では、溶融樹脂がスロットダイ本体の供給口から成形室に供給され、前記成形室で幅方向に拡げられて成形室の排出口から排出されることでフィルム状に成形されるスロットダイ装置において、前記成形室の幅方向の両端部には通過する前記溶融樹脂と接してガイドするガイド部を有するインナーディッケルが設けられ、前記ガイド部は、前記排出口近辺の上流側の箇所で前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる第１拡幅部と、前記第１拡幅部の下流側端に接続され幅方向に広がりつつ前記排出口に至る第２拡幅部とを備え、前記第１拡幅部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、前記第２拡幅部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合よりも大きく、前記成形室は、前記供給口に接続するマニホールドと、前記マニホールドの下流部に接続するスロットとを有し、前記インナーディッケルは、前記マニホールドと前記スロットの上流部の幅方向の両端部に設けられる第一のインナーディッケルと、前記スロットの下流部の幅方向の両端部に設けられる第二のインナーディッケルとを含んで構成され、前記第１拡幅部と前記第２拡幅部は、第二のインナーディッケルのガイド部に設けられていることを特徴としたスロットダイ装置である。
言い換えると、本発明は、溶融樹脂がマニホールドに供給され、前記マニホールドの下流部に設けられたスロットを通過し、フィルム状に成形されるスロットダイ装置において、前記マニホールドおよびスロットの幅方向の両端部には通過する前記溶融樹脂と接してガイドするインナーディッケルが設けられて、前記インナーディッケルが吐出口近辺ではゆるやかに幅方向に広がり、吐出口上部では幅方向に大きく広がる形状であることを特徴としたスロットダイ装置である。

また、請求項２に係る発明では、前記ガイド部は、前記供給口側から前記排出口側に向かうにつれて幅方向に拡がっていることを特徴とした請求項１記載のスロットダイ装置である。
言い換えると、請求項２に係る発明では、インナーディッケルは、溶融樹脂との接触面が上流側よりも下流側がマニホールドおよびスロットの幅方向外側に傾斜して拡幅していることにより、溶融樹脂には、幅方向の端部にインナーディッケルに沿って、上流側から下流側に向かうと共にマニホールドおよびスロットの幅方向外側に傾斜して拡幅する流れが形成されることを特徴とする請求項１に記載のスロットダイ装置である。
また、請求項３に係る発明では、前記第二のインナーディッケルのガイド部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、前記第一のインナーディッケルのガイド部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合はよりも大きいことを特徴とした請求項１または２記載のスロットダイ装置である。
また、請求項４に係る発明では、前記第１拡幅部と前記第２拡幅部は、互いに連続する曲線状に形成されていることを特徴とした請求項１ないし３に何れか１項記載のスロットダイ装置である。

本発明では、インナーディッケルは、溶融樹脂との接触面が上流側よりも下流側がマニホールドおよびスロットの幅方向外側に傾斜して拡幅していることにより、溶融樹脂には、幅方向の端部にインナーディッケルに沿って、上流側から下流側に向かうと共にマニホールドおよびスロットの幅方向外側に傾斜して拡幅する流れが形成される。

そして、この流れによりスロットから排出された溶融樹脂の幅方向の端部が幅方向に縮んで厚くなることを抑制することができる。そのため、切除される樹脂フィルムの端部の量を少なくすることができて、コストの低減と廃棄物の減少とを実現することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態によるスロットダイ装置の一例を示す図で（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）スロットダイ装置に備える旧来品のインナーディッケルの横断断面図である。（ｂ）、（ｃ）本発明のインナーディッケルの横断断面図である。 （ａ）は本実施範囲のインナーディッケルを備えるスロットダイ装置と本実施範囲外のインナーディッケルを備えるスロットダイ装置の排出される溶融樹脂の流速と幅中心からの方向の距離との関係を比較した図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 （ａ）は本実施範囲外のインナーディッケルを採用した場合の結果説明図、（ｂ）は本実施範囲内のインナーディッケルを採用した場合の結果説明図である。

以下、本発明の実施の形態によるスロットダイ装置について、図に基づいて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態によるスロットダイ装置１は、スロットダイ本体２と、スロットダイ本体２の内部に形成されて溶融樹脂Ｒ１が供給されるマニホールド３と、スロットダイ本体２の内部にマニホールド３と連通して形成され、マニホールド３内の溶融樹脂Ｒ１が通過しフィルム状に成形されるスロット４と、スロット４を通過したフィルム上の溶融樹脂Ｒ１を排出する排出口５と、マニホールド３およびスロット４の幅方向の長さを規定するインナーディッケル機構６とを備えている。

図１（ａ）に示すように、スロットダイ本体２は、上部に溶融樹脂Ｒ１の供給口２ａを備えており、供給口２ａは溶融樹脂Ｒ１を供給する図示しないアダプターと接続されている。
スロットダイ本体２は、成形される樹脂フィルムＲ２の幅方向に細長い外形に形成されている。
マニホールド３は、スロットダイ本体２の幅方向にわたって筒状に形成されていて、幅方向の中間部の上部にスロットダイ本体２の供給口２ａが接続されており、供給口２ａから溶融樹脂Ｒ１が供給される。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、スロット４は、マニホールド３の下側にスロットダイ本体２の幅方向にわたって形成されている。
排出口５はスロットダイ本体２の下端部に形成されていて、スロット４の下端部に位置している。
すなわち、スロットダイ本体２の成形室は、供給口２ａに接続するマニホールド３と、マニホールド３の下流部に接続するスロット４とを有している。

インナーディッケル機構６は、マニホールド３およびスロット４の幅方向の両端部に設けられた一対の第一、第二のインナーディッケル１１、１２と絞り部材１３とから構成される。第一、第二のインナーディッケル１１、１２、絞り部材１３は、この順に上から下へ配列されている。
第一、第二のインナーディッケル１１、１２および絞り部材１３は、マニホールド３およびスロット４内において幅方向の移動が可能で、その表面（ガイド部）１１ａ、１２ａ、１３ａでマニホールド３とスロット４の幅方向の寸法を規定している。スロットダイ本体２に供給された溶融樹脂Ｒ１は、この表面（ガイド部）１１ａ、１２ａ、１３ａにガイドされて下方へ通過する。

第一のインナーディッケル１１は、マニホールド３とスロット４の上部側に位置し、マニホールド３とスロット４の上部側の幅方向の寸法を規定している。第一のインナーディッケル１１の表面（ガイド部）１１ａは、上側から下側に向かってマニホールド３およびスロット４の幅方向の寸法を広げるように傾斜または湾曲している。
また、第二インナーディッケル１２は、スロット４の下流側に位置し、スロット４の下流側の幅方向の寸法を規定している。第二のインナーディッケル１２の表面（ガイド部）１２ａは、上側から下側に向かってスロット４幅方向の寸法を広げるように傾斜または湾曲している。
また、絞り部材１３は、スロット４の下端部に位置し、スロット４の下端部の幅方向の寸法を規定することで、排出口５の幅方向の寸法を規定している。

第一、第二のインナーディッケル１１、１２および絞り部材１３は、それらの表面（ガイド部）１１ａ、１２ａ、１３ａが上方から下方に向かってマニホールド３およびスロット４の幅方向の寸法を広げるように位置をずらして配置されている。すなわち、表面（ガイド部）１１ａ、１２ａ、１３ａは、供給口２ａ側から排出口５側に向かうにつれて幅方向に拡がっている。
第二のインナーディッケル１２の表面（ガイド部 ）１２ａが排出口５に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、第一のインナーディッケル１１の表面（ガイド部）１１ａが排出口５に向かうにつれて幅方向に広がる度合よりも大きい。

次に、上述した構成のスロットダイ装置による樹脂フィルムの成形方法について説明する。
まず、スロットダイ本体２に供給口２ａから溶融樹脂Ｒ１を供給する。溶融樹脂Ｒ１はマニホールド３に流入しマニホールド３の幅方向に広がり、下方のスロット４へ流入する。そして、溶融樹脂Ｒ１はスロット４を通過することによって、所定の厚さのフィルム状に成形される。
そして、スロット４内でフィルム状に成形された溶融樹脂Ｒ１は、排出口５から排出され、空気中を通る間に溶融樹脂Ｒ１は冷却され、徐々に固化され、溶融フィルムＲ２の状態になり、スロットダイ装置１の下方（下流側）に設けられた図示しないローラーによって圧延される。ローラーは樹脂フィルムＲ２が排出されるスピードよりも速いスピードで回転されている。
排出口５から排出された時点では、樹脂フィルムＲ２は完全に固化しておらず、ローラー部などによって冷却され固化する。

このとき、排出口５から排出された樹脂フィルムＲ２は、完全に固化していないため端部Ｒ２ａが幅方向に縮み、樹脂フィルムＲ２の端部Ｒ２ａが厚くなる。後にこの厚くなった端部Ｒ２ａは切除されて厚さの均一な樹脂フィルムＲ２が提供される。

本実施の形態では、マニホールド３およびスロット４内を通過する溶融樹脂Ｒ１は、上方から下方に向かってマニホールド３およびスロット４の幅方向の寸法を広げるように位置をずらして配置された第一、第二のインナーディッケル１１、１２および絞り部材１３の表面（ガイド部）１１ａ、１２ａ、１３ａに沿って流れているので、この溶融樹脂Ｒ１には下側に流れるにつれて幅方向に広がる流れが形成される。そして、溶融樹脂Ｒ１は、排出口５からこの流れで樹脂フィルムＲ２となって排出されるため、樹脂フィルムＲ２の端部が鉛直方向に排出される従来の形態と比べて樹脂フィルムＲ２の端部Ｒ２ａが幅方向に縮むことを抑制できる。

つぎに、本発明の特徴でもあるインナーディッケル形状について図２を用いて説明する。

図２は第二インナーディッケル１２の横断断面図である。図１（ａ）と同じ面を見ている。図２は左側の第二インナーディッケル１２の形状である。上述のように上側から下側に流れるにつれて、マニホールド３およびスロット４の幅方向外側に傾斜して、拡幅している。

一般に入手できる既存の第二インナーディッケル１２が図２（ａ）になる、断面は円弧状になっている。絞り部材１３に近い位置で、樹脂の流れる空間が幅方向に急激に広くなる。

本発明の第二インナーディッケル１２が図２（ｂ）、（ｃ）になる。断面は円弧状になっているが、絞り部材１３に遠い位置で、樹脂の流れる空間が幅方向に広くなる。
より詳細に説明すると、第二インナーディッケル１２の表面（ガイド部）１２ａは、排出口５近辺の上流側の箇所で排出口５に向かうにつれて幅方向に広がる第１拡幅部３１と、第１拡幅部３１の下流側端に接続され幅方向に広がりつつ排出口５に至る第２拡幅部３２とを備えている。
そして、第１拡幅部３１が排出口５に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、第２拡幅部３２が排出口５に向かうにつれて幅方向に広がる度合よりも大きい。
本実施の形態では、図２（ｂ）に示す第二インナーディッケル１２は、第１拡幅部３１と第２拡幅部３２は、互いに連続する曲線状に形成されている。
また、図２（ｃ）に示す第二インナーディッケル１２は、第１拡幅部３１と第２拡幅部３２とが曲線状に形成されると共に、第１拡幅部３１と第２拡幅部３２との間に、幅を変えずに排出口５に向かって直線状に延在する直線部３３を備えている。

既存のインナーディッケル１２の形状では、排出口５近傍で幅方向に急激に広がっている。そのため、上部から流れて落ちてくる溶融樹脂がインナーディッケル表面に沿って、流れにくい形状になっている、そのため、端部近傍で吐出される溶融樹脂量が減る為、フィルムの端部近傍が薄くなってしまう。

ダイからの吐出後からフィルムになる迄の間に、溶融樹脂が幅方向に収縮するネックイン現象がある。この現象の特徴として、吐出流速が遅いほど、幅方向への収縮の長さが大きくなる。また、幅方向に収縮する溶融樹脂はほとんど端部に積層される、そのため、ダイ排出口５端部から吐出流量が少ない、つまり流速が遅くても、フィルム端部が薄くなるとは限らず、むしろ、ネックインによって樹脂がかき集められ、フィルム端部がかなり厚くなることが多い。

一方、本発明であるインナーディッケル１２の形状では、第二インナーディッケル１２の表面（ガイド部）１２ａが、第１拡幅部３１と第２拡幅部３２とを備え、排出口５より上部地点から幅方向に広がっている。そのため、上部から流れて落ちてくる溶融樹脂が吐出口端部まで流れるまでの距離があり、端部に流れる時間を稼ぐことができる。端部近傍で吐出される溶融樹脂量を増やす事ができるため、端部近傍で膜厚が薄くなる現象を改善できる。

端部膜厚に関しては、吐出流量が多くなる為、厚くなると予測されそうである。しかし、ネックイン現象のことを考えると、流速増加で幅方向の収縮量が減る為、膜厚が厚くなるとは言い切れない。

また、ダイの部分ごとで温度制御できる場合、端部の温度を下げるほうがネックインによる幅方向収縮を抑えられて良い。

図では第一、第二のインナーディッケル１１、１２とあるが、本請求項を満たしてさえいれば、一つのインナーディッケルで有っても本構成上では問題ない。
また、第一、第二のインナーディッケル１１、１２が溶融樹脂Ｒ１との接触面１１ａ、１２ａが水平方向の断面において円弧状に凹に湾曲する形状であっても、本構成上は問題ない。

ここで、図２に示した第二インナーディッケル１２のスロットダイ装置１の溶融樹脂の幅方向の位置とその流速との関係をシミュレーションにて検証した。図３（ａ）では幅方向全体の位置と流速との関係を示している。図３（ｂ）では、図３（ａ）の溶融樹脂の端部側の位置と流速との関係を拡大して示している。

図３（ａ）および図３（ｂ）からわかるように、本実施の形態によるインナーディッケル１２を採用した場合と本実施範囲外の形態によるインナーディッケル１２を採用した場合とでは、溶融樹脂Ｒ１の中央部の流速はほとんど変わらないが、端部では本実施の形態によるインナーディッケル１２を採用したほうが、範囲外のインナーディッケルを採用するよりも流速が速くなり、約２割速くなることがわかる。

上記シミュレーションによる検証から図２（ｂ）のインナーディッケルを作成し、生産装置を用いて樹脂フィルムを作成した。既存のインナーディッケルを用いて生成されたフィルムの端部膜厚結果が図４（ａ）になる。図２（ｂ）のインナーディッケルを用いて生成されたフィルムの端部膜厚結果が図４（ｂ）になる。

図４（ａ）および図４（ｂ）からわかるように、本実施の形態によるインナーディッケル１２を採用した場合と本実施範囲外の形態によるインナーディッケル１２を採用した場合とでは、端部膜厚の落ち込みが明らかに改善されている。
そのため、本請求範囲のインナーディッケルを用いる事で、端部近傍で薄くなる現象、端部でのネックインを抑制することができることがわかる。

１ ・・・スロットダイ装置
２ ・・・スロットダイ本体
２ａ・・・供給口
３ ・・・マニホールド
４ ・・・スロット
５ ・・・排出口
６ ・・・インナーディッケル機構
１１・・・第一のインナーディッケル
１２・・・第二のインナーディッケル
１３・・・絞り部材
３１・・・第１拡幅部
３２・・・第２拡幅部
１１ａ、１２ａ・・・表面
Ｒ１・・・溶融樹脂
Ｒ２・・・樹脂フィルム

Claims (4)

1. 溶融樹脂がスロットダイ本体の供給口から成形室に供給され、前記成形室で幅方向に拡げられて成形室の排出口から排出されることでフィルム状に成形されるスロットダイ装置において、
   前記成形室の幅方向の両端部には通過する前記溶融樹脂と接してガイドするガイド部を有するインナーディッケルが設けられ、
   前記ガイド部は、前記排出口近辺の上流側の箇所で前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる第１拡幅部と、前記第１拡幅部の下流側端に接続され幅方向に広がりつつ前記排出口に至る第２拡幅部とを備え、
   前記第１拡幅部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、前記第２拡幅部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合よりも大きく、
   前記成形室は、前記供給口に接続するマニホールドと、前記マニホールドの下流部に接続するスロットとを有し、
   前記インナーディッケルは、前記マニホールドと前記スロットの上流部の幅方向の両端部に設けられる第一のインナーディッケルと、前記スロットの下流部の幅方向の両端部に設けられる第二のインナーディッケルとを含んで構成され、
   前記第１拡幅部と前記第２拡幅部は、第二のインナーディッケルのガイド部に設けられている、
   ことを特徴としたスロットダイ装置。
2. 前記ガイド部は、前記供給口側から前記排出口側に向かうにつれて幅方向に拡がっている、
   ことを特徴とした請求項１記載のスロットダイ装置。
3. 前記第二のインナーディッケルのガイド部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合は、前記第一のインナーディッケルのガイド部が前記排出口に向かうにつれて幅方向に広がる度合よりも大きい、
   ことを特徴とした請求項１または２記載のスロットダイ装置。
4. 前記第１拡幅部と前記第２拡幅部は、互いに連続する曲線状に形成されている、
   ことを特徴とした請求項１ないし３に何れか１項記載のスロットダイ装置。

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