JP6350117B2 - シート成形口金 - Google Patents

Description

本発明は、シート成形口金に関する。

一般的なシート成形口金としては、押出機などで溶融されたシート材料（典型的には溶融樹脂など）を、供給管を経てシート成形口金に供給し、マニホールドでシート幅方向（以下、幅方向と称する）に拡幅しながらシート厚み方向（以下、厚み方向と称する）に縮小し、スリットで流動方向へと導いてシート状に吐出し、固化することでシートを成形する方法が知られている。そして、吐出されたシートは固化され、そのまま、あるいは、延伸等の後処理が施され、フィルムとなる。

フィルムの高機能化・薄膜化によって、近年、その厚み精度が重要視されている。厚み精度には、大きく「幅方向」と「経時」のものがある。幅方向の厚み精度を悪化させる要因としては、口金の流路形状、スリット間隙のバラつき、温度ムラやシート材料の物性ムラなどがある。この対策としては、シート成形口金の出口に設けられたスリット間隙調整機構によって幅方向のスリット間隙を調整する方法が一般的であり、これまでに様々な開発が行われている。一方、経時の厚み精度を悪化させる要因としては、シート成形口金から吐出されて固化するまでの変動などの下流要因と、ギア・スクリューの変動や温度変動などの押出変動などの上流要因がある。押出変動に関しては、その変動を極力小さくすることが根本的な対策ではあるが、シート材料の劣化などの他品質に複雑に絡んでいるため、簡単には小さくすることができない。そのため、経時の厚み精度を向上する新たな技術が必要とされている。

特許文献１には、機械設備を停止することなく、シートの厚み、幅を変更する目的で、シート成形口金出口の幅方向端部にディッケルを設けたシート成形装置が開示されている。図６は特許文献１のシート成形口金の厚み方向に対して垂直な断面図である。図６に示すように、溶融樹脂を流入する流入口１１と、流入口１１と連通して溶融樹脂を幅方向に拡幅するマニホールド１２と、マニホールド１２と連通して溶融樹脂を流動方向へと導いてシート状に吐出するスリット１４と、スリット１４の幅方向端部に設けられたディッケル１５からなる。ディッケル１７がスリット１７の吐出口をふさぐことにより、成形するシートの幅をコントロールする。下流の検査機で検出したシート幅方向をフィードバックし、ディッケル１７でシート幅を目標になるよう調整する。

特開平８−１８３０８４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、シート幅の変更はできても、経時での厚み精度は向上できない。

本発明の目的は、押出変動がシート厚み変動に与える影響を低減し、経時での厚み精度の高いシートを安定して製造することが可能なシート成形口金を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のシート成形口金は、
シート材料を供給する供給口と、
前記シート材料を幅方向に拡幅して厚み方向に縮小するマニホールドと、
前記マニホールドと連通して前記シート材料を流動方向へと導いて吐出するスリットと、
前記マニホールドの容積を調整する容積調整機構を有する。

次に、本発明における各用語の意味を説明する。
「シート材料」とは、シートを構成する材料をいう。シート材料としては、たとえば、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、脂環族ポリオレフィン樹脂、ナイロン６・ナイロン６６などのポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート・ポリブチレンテレフタレート・ポリプロピレンテレフタレート・ポリブチルサクシネート・ポリエチレン−２，６−ナフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、４フッ化エチレン樹脂・３フッ化エチレン樹脂・３フッ化塩化エチレン樹脂・４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体・フッ化ビニリデン樹脂などのフッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、などを溶媒に溶かすか溶融するなどして流動化したものを用いることができる。またこれらの熱可塑性樹脂としてはホモ樹脂であってもよく、共重合または２種類以上のブレンドであってもよい。また、各熱可塑性樹脂中には、各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子、減粘剤、熱安定剤、滑剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、屈折率調整のためのドープ剤などが添加されていてもよい。

「供給口」とは、シート成形口金にシート材料を供給する部分をいう。
「マニホールド」とは、供給口と連通して、シート材料を幅方向に拡幅しながら厚み方向に縮小する部分をいう。
「スリット」とは、マニホールドと連通して、シート材料を流動方向へと導いて吐出する部分をいう。
「幅方向」とは、シート材料を口金から吐出してシートに成形したときに、シートの幅方向と一致する方向をいう。
「厚み方向」とは、シート材料を口金から吐出してシートに成形したときに、シートの厚み方向と一致する方向をいう。
「流動方向」とは、スリット内でのシート材料の主な流れ方向をいう。
「容積調整機構」とは、マニホールドの容積を調整する機構をいう。容積調整機構は、その一部が動くことで、マニホールドの容積を調整する。
「圧力計」とは、マニホールドに設置され、マニホールド内の圧力を測定するものをいう。
「制御器」とは、圧力計と電気的に接続し、圧力計の圧力データから容積調整機構の移動・変形量を演算し、容積調整機構に電気的な指令を出すものをいう。
「弾性部材」とは、容積調整機構に間接的または直接的に接続し、容積調整機構の一部を動かすものである。

本発明のシート成形口金では、供給されるシート材料の流量に合わせてマニホールドの容積を調整することで、押出変動がシート厚み変動に与える影響を低減し、高い経時の厚み精度のシートを安定して製造することができる。

本実施形態のシート成形口金の概略斜視図 本実施形態のシート成形口金のシート材料等が通り得る内部空間のみを表示したものの斜視図 本実施形態のシート成形口金の厚み方向に対して垂直な断面図 本実施形態のシート成形口金の厚み方向に対して垂直な断面図 本実施形態のシート成形口金の厚み方向に対して垂直な断面図 特許文献１のシート成形口金の厚み方向に対して垂直な断面図

以下に本発明について詳細に述べるが、本発明は以下の実施例を含む実施形態に限定されるものではない。

図１〜５は本発明のシート成形口金に関する図である。なお、従来の技術と同じ用途および機能を有している部材については、同じ符号を有している場合がある。

本発明では、押出機などで溶融されたシート材料（典型的には溶融樹脂など）を、供給管を経てシート成形口金に供給し、マニホールドでシート幅方向（以下、幅方向と称する）に拡幅しながらシート厚み方向（以下、厚み方向と称する）に縮小し、スリットで流動方向へと導いて吐出し、シートを成形する。

次に、本発明のシート成形口金の基本構成を説明する。図１は本発明のシート成形口金の概略斜視図である。シート成形口金は、図１に示すように、シート材料を供給する供給管１、供給管１により供給されたシート材料の幅と厚みを所定の値に調整し、調整されたシート材料を吐出し、シート３を成形するシート成形口金２、およびシート成形口金２から吐出されたシート３を冷却し固化させるキャスティングドラム４からなる。キャスティングドラム４で固化したシートは、通常、矢印ＮＳで示すように、延伸工程（示せず）に送られ、一方向あるいは二方向に延伸され、フィルムとなる。

本発明のシート成形口金の内部構成を説明する。図２は、シート成形口金のシート材料等が通り得る内部空間のみを表示したものの斜視図である。シート成形口金２は、図２に示すように、シート材料を供給する供給管１に連通する供給口１１、供給口１１に連通してシート材料を幅方向に拡幅しながら厚み方向に縮小するマニホールド１２、マニホールド１２に連通してシート材料を流動方向へと導いて吐出するスリット１４、マニホールド１２に連通して一部が動くことでマニホールド１２の容積を調整する容積調整機構１５からなる。容積調整機構１５の動く部分が、可動部１８である。容積調整機構１５によりマニホールド１２の容積を調整することにより、押出変動がシート厚みに与える影響を低減し、経時での厚み精度の高いシートを安定して得られる。

本発明の技術的意味を以下に説明する。質量保存則より、供給口１１から供給されるシート材料の流量（以下、供給量と称する）とスリット１４から吐出されるシート材料の流量（以下、吐出量と称する）は同じとなる。そのため、供給量が押出変動によって変動すると、吐出量、つまりシート厚みも変動する。これに対し、本発明では、容積調整機構１５を設置することで、押出変動のシート厚みへの影響を抑制することができる。容積調整機構１５はその一部である可動部１８を動かしてマニホールド１２の容積を大きく、または小さく調整する。例えば、供給量が一時的に増加した場合、マニホールド１２の容積を徐々に大きくして、増加したシート材料を口金内に吸収するスペースを形成する。この容積が変化する速度を供給量の変動に合わせることで、吐出量は一定となる。このように、本発明のシート成形口金では、供給されるシート材料の流量に合わせてマニホールド１２の容積を調整することで、押出変動がシート厚みに与える影響を低減し、経時での厚み精度の高いシートを安定して製造することができる。

本発明のシート成形口金は、図２に示すようなマニホールド１２の流動方向の上流側以外にも容積調整機構１５を設置することができる。

本発明のシート成形口金は、容積調整機構１５がマニホールド１２の幅方向の少なくとも一方の端部に設置したインナーディッケル形式であることが好ましい。図３は、マニホールド１２の幅方向の両端部にインナーディッケル形式の容積調整機構１６を有するシート成形口金を、シート厚み方向に対して垂直な方向から見た断面図である。容積調整機構をインナーディッケル形式にすることにより、マニホールド１２との境界が幅方向端部になり、例えその境界の段差でシート材料にスジが生じてもシートの製品部に支障をきたすことはない。また、構造上、設置も容易となる。インナーディッケル形式の容積調整機構１６は、マニホールド１２の幅方向の少なくとも一方の端部に設置されていれば、マニホールド１２の容積を調整する役割は果たせるが、両方の端部に設置されていることがより好ましい。一方の端部に設置するのに比べ、両方の端部に設置することで、可動部１８を同じ量動かしてもマニホールド１２の容積変化は倍となり、より大きな押出変動を吸収することができる。

本発明のシート成形口金は、さらにマニホールド１２内の圧力を測定する圧力計を有し、この圧力計の圧力値に応じてマニホールド１２の容積を調整するように容積調整機構１５（１６）を制御することが好ましい。図４は、マニホールド１２内の圧力に応じてインナーディッケル形式の容積調整機構１６を制御するシート成形口金を、シート厚み方向に対して垂直な方向から見た断面図である。マニホールド１２内の圧力を圧力計２１で測定し、得られた圧力データをもとに制御器２２により容積調整機構１６を制御する。そして、容積調整機構１６を制御してマニホールド１２内の容積を調整し、マニホールド１２内の圧力を一定に保つ。供給量が変動すると、マニホールド１２内の圧力も変動し、この圧力によって押し出されるシート材料、吐出量が変化する。つまり、この圧力も吐出量を一定にするための指標となる。この形態のシート成形口金では、マニホールド１２内の圧力は供給量の変動よりも容易に測定でき、小さい時間遅れで容積調整機構１６を制御することができる。なお、図４のシート成形口金では、インナーディッケル形式の容積調整機構１６を制御しているが、インナーディッケル形式以外の容積調整機構を制御してもよい。

本発明のシート成形口金は、弾性部材３１によって容積調整機構１５（１６）の一部である可動部１８が動くことが好ましい。図５は、弾性部材３１によってインナーディッケル形式の容積調整機構１６の一部である可動部１８が動くシート成形口金を、シートの厚み方向に対して垂直な方向から見た断面図である。マニホールド１２内の圧力に応じて弾性部材３１が変形し、可動部１８が動いて、マニホールド１２の容積を調整する。このとき、可動部１８はマニホールド１２内の圧力を一定にするよう動くため、吐出量は一定となる。例えば、供給量が一時的に増加した場合、マニホールド１２内の圧力が高くなり、弾性部材３１の変形により可動部１８が動いて容積調整機構１６はマニホールド１２の容積を大きくする。この容積が大きくなることで供給量の増加分を吸収し、マニホールド１２内の圧力は一定となり、吐出量も一定となる。この形態のシート成形口金は、圧力の測定装置やそれに連動した制御機構がなくとも、容積調整機構１５（１６）を制御することができる。

また、本明細書ではマニホールドの容積を調整する場合についてのみ記載してはいるが、シート成形口金にシート材料を供給する供給管の容積を調整しても、マニホールド内の圧力を一定に保つことができ、押出変動がシート厚みに与える影響を低減し、経時での厚み精度の高いシートを安定して製造することができる。

［実施例１］
図２に示すシート成形口金を用いて、実際にフィルムを製造して評価した結果を説明する。本実施形態における具体的なフィルムの製造方法は以下の通りである。
（１）シート材料：ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（東レ（株）製熱可塑性樹脂Ｆ２０Ｓ）
（２）仕込み：シート材料を乾燥後、押出機に供給し、ギヤポンプ、フィルターを介した後、シート成形口金に１００ｋｇ／ｈで供給した。押出機からシート成形口金までの温度は２８０℃に設定した。
（３）シート成形口金：スリット幅５００ｍｍ、スリット間隙２ｍｍ。容積調整機構を有する。オンラインの厚み計データを参考に手動にて容積調整を行う。
（４）吐出：シート成形口金からシート状に押出した後、冷水で急冷固化し、シート厚みが１ｍｍになるよう成形した。
（５）スジの評価：冷却固化したシートにおいて、目視にて製品部に相当するシート幅４５０ｍｍ範囲でのスジを確認した。結果を表１に示す。
（６）厚み精度の評価：冷却固化したシートにおいて、シートの幅方向中央部の厚みを厚み計「ＴＯＦ−４Ｒ」（山文電気製）で流動方向に１０ｍ測定し、その最大値と最小値の差を平均値で除した値を厚みムラとした。結果を表１に示す。

［実施例２］
図３に示すように容積調整機構をインナーディッケル形式に変更した以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。結果を表１に示す。

［実施例３］
図４に示すようにマニホールド内の圧力を測定し、この圧力に応じて容積調整機構を制御するように変更した以外は、実施例２と同様にしてフィルムを製造した。結果を表１に示す。

［実施例４］
図５に示すように弾性部材によって容積調整機構の一部が動くように変更した以外は、実施例２と同様にしてフィルムを製造した。結果を表１に示す。

［比較例１］
容積調整機構を設置していない以外は、実施例１と同様にしてフィルムを製造した。

実施例１〜４のシート成形口金は容量調整機構を有しているので、これら口金で成形したシートは厚み精度が４％以下と良い。容量調整機構により、押出変動がシート厚みに与える影響が低減され、経時での厚み精度が高いシートを安定して得られた。なお、実施例１、２および４は参考例である。

さらに実施例２〜４のシート成形口金は、インナーディッケル形式の容量調整機構を備えているので、製品部範囲でのスジがなくなった。シート端部でスジが発生することもあったが、製品部には影響しなかった。

さらに実施例３のシート成形口金はマニホールド内の圧力値により容量調整機構を制御しており、実施例４のシート成形口金は弾性部材により容量調整機構を移動させているので、それぞれ厚み精度が１％以下と良く、より変動を低減し、経時での厚み精度の高いシートを安定して得られた。

比較例１のシート成形口金は容量調整機構を有していないので、厚み精度が９％以上と悪く、押出変動によるシート厚み変動が発生した。

本発明により製造されるシートは、マニホールドの容積を調整することで、シート厚み変動を抑制したものである。本発明によれば、押出変動がシート厚みに与える影響を低減し、高い経時の厚み精度のシートを安定して製造することができる。

１：シート材料を供給する供給管
２：シート成形口金
３：シート
４：キャスティングドラム
１１：供給口
１２：マニホールド
１４：スリット
１５：容積調整機構
１６：インナーディッケル形式の容積調整機構
１７：吐出幅調節用のディッケル
２１：圧力計
２２：制御器
３１：弾性部材

Claims (2)

1. シート材料を供給する供給口と、
   前記シート材料を幅方向に拡幅して厚み方向に縮小するマニホールドと、
   前記マニホールドと連通して前記シート材料を流動方向へと導いて吐出するスリットと、
   前記マニホールドの容積を調整する容積調整機構と、
   前記マニホールド内の圧力を測定する圧力計と、を有し、
   前記圧力計の圧力値に応じて前記マニホールド内の容積を調整するように前記容積調整機構を制御する、シート成形口金。
2. 前記容積調整機構が前記マニホールドの幅方向の少なくとも一方の端部に設置したインナーディッケル形式である、請求項１のシート成形口金。
   

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