JPWO2014156807A1 - スイーパーローラーおよびこれを用いたプラスチックフィルムの製造装置ならびに製造方法 - Google Patents

Abstract

表面に螺旋溝が設けられたフィルム製膜用スイーパーローラーであって、螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合を３０％以下、螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅を２５ｍｍ以上とする。これにより、高速キャスト時や厚いフィルムを製膜する際にもエアバンクおよびスイーパーマークを発生させることの無いスイーパーローラーおよびこれを用いたプラスチックフィルムの製造装置ならびに製造方法を提供する。

Description

本発明は、スイーパーローラーおよびこれを用いたプラスチックフィルムの製造装置ならびに製造方法に関する。

プラスチックフィルム（以下、単にフィルムと称す）の溶融製膜法としては、溶融樹脂を連続的に吐出し、冷却ローラーに接触、冷却、固化させること（以下、キャスト工程と称す）でウェブ状のプラスチックフィルムを得る方法が広く一般的に用いられている。その中でも例えばキャスト工程後にフィルムを流れ方向に引き延ばす工程（以下、延伸工程と称す）を持たないフィルム（以下、無延伸フィルムと称す）の製造においては冷却ローラーの速度がそのまま製品の生産速度となることから、生産性の向上を目的として、高速化の要求が特に高い。

一方で、キャスト工程では溶融樹脂から揮発した成分、例えばオリゴマーや添加剤などの低分子量ポリマーやモノマー成分が冷却ローラー上で冷却され、析出するために、冷却ローラー表面は汚れていく。冷却ローラー表面に汚れがたまると、溶融樹脂の冷却が不足することによって外観品位及び物性が低下したり、堆積した汚れが剥がれ落ちてフィルムに付着してしまうなどの弊害が発生する。キャスト工程を高速化すると、当然に溶融樹脂の吐出量は増加し、それと共に揮発成分の量も増加することから、上記弊害がより顕著となる。すなわち、短時間で冷却ローラーの清掃が必要となり、長時間連続してフィルムを製造することが困難となる。

この問題に対し、冷却ローラーに接触した状態の溶融樹脂または冷却固化されたフィルムを冷却ローラーと表面に溝が設けられたプレスローラーで挟圧し、冷却ローラー上の汚れを常時析出した分だけフィルムに拭わせることで、冷却ローラーを連続的に清掃する方法が提案されている。（例えば特許文献１）このプレスローラーは一般的にスイーパーローラーと呼ばれるため、以下、スイーパーローラーと称す。

スイーパーローラー表面の溝は、溶融樹脂と冷却ローラーが接触する際にこれらの間に噛み込まれた空気が、冷却ローラーとスイーパーローラーの挟圧点に阻まれ、空気溜まり（以下、エアバンクと称す）となって、フィルムにシワや破れを発生させることを防止するために、空気を逃がす役割で設けられている。

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のスイーパーローラーを用いた場合、キャスト工程の速度が速かったり、溶融樹脂の厚みが厚かったりするとエアバンクが発生してしまい、また、エアバンクを防止するためにスイーパーローラー表面積に対する溝の割合を増やすと、スイーパーローラーの溝形状がフィルムに強く転写してしまうスイーパーマークと呼ばれる欠点を発生させてしまうという問題があった。

特公昭３９―２１１２７号公報

本発明の目的は、高速キャスト時や厚いフィルムを製膜する際にもエアバンクおよびスイーパーマークを発生させることの無いスイーパーローラーおよびこれを用いたプラスチックフィルムの製造装置ならびに製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、表面に螺旋溝が設けられたフィルム製膜用スイーパーローラーであって、前記螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合が３０％以下であって、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅が２５ｍｍ以上であることを特徴とするフィルム製膜用スイーパーローラーを提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば前記螺旋溝は、スイーパーローラー表面におけるスイーパーローラー回転方向の溝の間隔が１００ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする前記フィルム製膜用スイーパーローラーを提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記螺旋溝がスイーパーローラー回転方向に対し４０°以上９０°未満の角度で設けられていることを特徴とする前記フィルム製膜用スイーパーローラーを提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記螺旋溝はスイーパーローラー表面に複数設けられており、全ての螺旋溝が交差することなく設けられていることを特徴とする前記フィルム製膜用スイーパーローラーを提供する。

また、本発明の別の形態によれば、Ｔダイと冷却ローラーおよびスイーパーローラーを備えたプラスチックフィルムの製造装置であって、スイーパーローラーとして前記フィルム製膜用スイーパーローラーを用いたことを特徴とするプラスチックフィルムの製造装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記スイーパーローラーの表面の螺旋溝は等間隔に複数条設けられており、（式１）で表される前記冷却ローラーが１回転した後に前記スイーパーローラー表面に設けられた螺旋溝が前記冷却ローラーに対して相対的に軸方向に移動する量Ｍが、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅以上かつ非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅以下となることを特徴とする前記プラスチックフィルムの製造装置を提供する。
Ｍ＝｛（Ｄｃ×Ｎ）ｍｏｄ Ｄｓ ｝／ Ｄｓ × Ｐｃ （式１）
ここで、Ｍ：前記冷却ローラーが１回転する際の溝の軸方向移動量
Ｄｃ：前記冷却ローラーの外径
Ｄｓ：前記スイーパーローラーの外径
Ｎ：前記スイーパーローラーに設けられた螺旋溝の条数
Ｐｃ：前記螺旋溝の軸方向ピッチ＝Ｌ／Ｎ
Ｌ：前記螺旋溝のリード
を表す。

また、本発明の別の形態によれば、Ｔダイから溶融樹脂を吐出し、冷却ローラーに前記溶融樹脂を接触させて冷却固化しプラスチックフィルムを得るプラスチックフィルムの製造方法であって、前記溶融樹脂が冷却ローラーに接触してから離れるまでの間に、前記溶融樹脂または冷却固化されたプラスチックフィルムにスイーパーローラーを接触させ、該スイーパーローラーとして前記フィルム製膜用スイーパーローラーを用いたことを特徴とするプラスチックフィルムの製造方法を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記スイーパーローラーの表面の螺旋溝は等間隔に複数条設けられており、前記（式１）で表される前記冷却ローラーが１回転した後に前記スイーパーローラー表面に設けられた螺旋溝が前記冷却ローラーに対して相対的に軸方向に移動する量Ｍが、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅以上かつ非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅以下となることを特徴とする前記プラスチックフィルムの製造方法を提供する。

本発明においてフィルム製膜用スイーパーローラーとは、Ｔダイから溶融樹脂を吐出し、冷却ローラーに前記溶融樹脂を接触させて冷却固化しプラスチックフィルムとするプラスチックフィルムの製造方法において、溶融樹脂が冷却ローラーに接触してから離れるまでの間に、溶融樹脂またはフィルムに接触するローラーをいう。

また、本発明において、螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合とは、スイーパーローラー軸方向における表面に溝が設けられている範囲内での溝部分のローラー表面積に占める割合を言い、たとえば、軸方向端部などに溝の無い範囲を設けた場合、この範囲の面積は上記スイーパーローラー表面積には含めない。螺旋溝部分の面積はスイーパーローラー表面における面積を言い、螺旋溝のスイーパーローラー半径方向の形状（矩形、Ｖ型など）は考慮しない。たとえば、図４のスイーパーローラー表面の展開図のスイーパーローラー軸方向中央部分を除く部分のように、溝が略平行かつ等間隔に設けられている場合、螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合は、加工溝幅Ｂ／溝加工ピッチＰ×１００（％）で求められる。また、図４のスイーパーローラー表面の展開図のスイーパーローラー軸方向中央部分のように溝が交差している部分や溝が等間隔では無い部分ではスイーパーローラー表面の周長に対する、スイーパーローラー回転方向の溝部分の長さの割合で求めることが出来る。本発明において、螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合とは、少なくともスイーパーローラー表面上の５点以上の部分で上記のように求めた割合を平均した値をいう。

また、本発明において、螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅とは、図４のスイーパーローラー表面の展開図に示すように、ローラー軸方向における溝の長さＷをいう。ローラー軸方向における溝の長さＷは溝１本あたり少なくとも５点測定し、平均して求める。また、螺旋溝がスイーパーローラー表面に複数条設けられており、その一部または各々が異なる幅を持つ場合において、螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅が２５ｍｍ以上であるとは、複数条の溝のうち、少なくとも１本の溝のローラー軸方向における長さＷが２５ｍｍ以上であることをいう。

また、本発明において、スイーパーローラー表面におけるスイーパーローラー回転方向の溝の間隔とは、図４のスイーパーローラー表面の展開図に示すように、スイーパーローラー回転方向Ａにおける溝と溝の間隔Ｃをいう。

また、本発明において、「螺旋溝はスイーパーローラー表面に複数設けられており」とは、同一または異なる幅および形状の溝が、スイーパーローラー周長の範囲において２本以上設けられていること、すなわち、スイーパーローラーの半径方向断面において、溝が２本以上設けられていること、または、スイーパーローラー軸方向の異なる範囲において、スイーパーローラー回転方向に対し互いに異なる角度で設けられた溝があることを指す。たとえば、同一の溝幅及び半径方向の溝形状を持つ溝をスイーパーローラー軸方向全域において略平行となるように２本以上等間隔に設けたものなどを指す。

また、本発明において、全ての螺旋溝が交差することなく設けられているとは、全ての螺旋溝がスイーパーローラー表面上において略平行に設けられており、各々の溝が開始点から終点まで１本である状態を保っていることをいう。すなわち、各々の溝が分岐、統合しないことを指し、完全に交差しているものだけでなく、図４の４１部のようにスイーパーローラー表面上で溝のスイーパーローラー回転方向に対する角度が大きく変わるもの、言い換えればスイーパーローラー回転方向に対する角度が異なる２本の溝が結合するものも２本の溝が交差していると見なす。

また、本発明において、非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅とは図４のスイーパーローラー表面の展開図に示すように、ローラー軸方向における溝と溝の間隔Ｙをいう。

また、本発明において、スイーパーローラーに設けられた螺旋溝の条数Ｎとは、螺旋溝がスイーパーローラー表面に複数設けられている場合に、スイーパーローラーの半径方向断面において、設けられている溝の数を指す。すなわち図４に示すスイーパーローラー展開図において、ローラー回転方向Ａと平行な線を引いたとき、その線上にある溝の数が溝の条数Ｎであり、図４の実施例では溝の条数Ｎは２である。

また、本発明において、螺旋溝の軸方向ピッチとは図４のスイーパーローラー表面の展開図に示すように、ローラー軸方向における隣り合う溝同士のピッチをいい、同形状の溝を等間隔に設けた場合、螺旋溝の軸方向ピッチＰｃは螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅Ｗと非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅Ｙの和となる。

また、本発明において、螺旋溝のリードとは図４のスイーパーローラー表面の展開図に示すように、１本の溝がローラー表面の外周を一周する間に軸方向に進む長さＬをいい、螺旋溝が等間隔に複数条設けられている場合には、螺旋溝のリードＬは螺旋溝の軸方向ピッチＰｃ×螺旋溝の条数Ｎと等しくなる。

また、本発明において、螺旋溝が等間隔に複数条設けられているとは、複数条の隣り合う溝の加工ピッチＰが等しくなるように設計されていることをいい、たとえば加工精度上の誤差によってピッチＰが若干異なっていてもよい。加工精度上の誤差は加工機械の精度や加工者の熟練度によって異なるが、通常の場合、１５％未満であることが多い。

本発明によれば、高速キャスト時や厚いフィルムを製膜する際にもエアバンクおよびスイーパーマークを発生させることの無いスイーパーローラーおよびこれを用いたプラスチックフィルムの製造方法を得ることができる。

本発明の一実施形態を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態を示す概略断面図である。 本発明のフィルム製膜方法に係る製膜装置の概略側面図である。 スイーパーローラー表面の溝形状を示す展開図である。 フィルム製造方法におけるキャスト工程の概略側面図である。 フィルム挟圧部における従来の空気排出の概念を示す概略平面図である。 溝部における空気排除機構を示す概略断面図である。 開口率および溝幅とエアバンク発生の関係を示すグラフである。

以下、本発明の最良の実施形態の例をプラスチックフィルムの製造装置に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。

本発明におけるフィルムの製造装置では、図３に示すようにＴダイ３から吐出された溶融樹脂２を冷却ローラー４で冷却、固化しフィルム５を得る。

次いで必要に応じ、延伸工程にてフィルムを長手方向または／および幅方向に延伸し、スリット工程にて裁断、もしくはエッジ８のトリミングを行い、巻取り工程９にてロール状に巻取られ、フィルムロール６となる。その後、必要に応じ再度スリット工程やその他の加工工程を経て製品ロールとなる。

Ｔダイ３は図示しない押出機によって溶融混練され、送られてきた溶融樹脂２を、図面に対し奥行き方向に設けられたスリットから連続的に吐出することにより、溶融樹脂２をシート状に押出す。押出機とＴダイ３の間にポリマーフィルターと呼ばれる濾過装置を設けると、未溶融樹脂やゲルおよび異物などの混入を低減できるため好ましい。Ｔダイ３のスリットの幅は好ましくは調整可能であって、フィルム５の幅方向の厚み斑を制御する。製膜されるフィルム厚みは、溶融樹脂２の吐出速度と冷却ローラー３の回転速度の比によって調整できる。製膜するフィルム５が多層構造である場合には、Ｔダイ３の上流にフィードブロックを設けるか、Ｔダイ３をマルチマニホールド構造とし共押出とすることにより多層フィルムを得ることが可能である。

溶融樹脂２は特に限定されないが、フィルムの用途によってたとえばポリエステルやポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、フッ素樹脂などの樹脂およびこれら樹脂に各種添加剤を加えたものや、これらを積層したものを用いることが出来る。

冷却ローラー４は例えば内部に冷媒を流通させる流路を有し、表面温度を制御することができる構造のものが用いられる。冷却ローラー４の表面温度は溶融樹脂２の種類や溶融樹脂２と冷却ローラー４との接触時間、および室温や湿度によって適宜設定される。

冷却ローラー４の表面の材質は特に限定されないが、金属またはセラミックスまたは樹脂および樹脂と金属の複合膜、さらにはダイヤモンドライクカーボンなどの炭素系被膜を用いることができる。また、エラストマーを冷却ローラー４の表面材質として用いることも可能であるが、断熱性により冷却効率が低下しやすくなるため、熱伝導率が高く硬質な金属やセラミックスなどを用いる方がより好ましい。金属としては鉄や鋼、ステンレスやクロム、ニッケルなどが好ましく使用できる。また、セラミックスとしては、アルミナや炭化ケイ素、窒化ケイ素の焼結体を好ましく使用することができる。冷却ローラー４の表面を金属とするためには、金属素材を用いた機械加工の他、電気メッキや無電解メッキなどの公知の表面処理技術を適宜用いることができる。また、同様にセラミックス表面を得るためには、セラミックス素材を用いた機械加工の他、熔射やコーティングなどの公知の表面処理技術を適宜用いることができる。冷却ローラー４の表面形状はキャスト工程の速度やフィルムの厚み、溶融樹脂２および冷却ローラー４の温度などによって適宜設定されるが、たとえば比較的低速で薄いフィルムを製造する場合には、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以下であるような鏡面形状を用いることができ、高速で厚いフィルムを製造する場合には算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上の梨地形状を用いることが好ましい。冷却ローラー４の主な目的は溶融樹脂２を冷却固化することにあるが、溶融樹脂２と冷却ローラー４の間には空気が噛み込まれるため、十分な接触面積を確保することが出来ずに冷却不足となる場合がある。噛み込まれる空気層の厚みは速度が速いほど厚くなるため、キャスト工程が高速であるほど顕著に冷却性能が悪化する。また、冷却ローラー上の溶融樹脂（フィルム）２が厚いほど、固化するために冷却が必要になることも自明である。冷却ローラー４の表面が梨地形状であれば、ある程度空気が噛み込まれても一定の接触面積を確保することが出来るため、キャスト工程の速度が２０ｍ／ｍｉｎを超えるような場合は好ましく用いられる。また、溶融樹脂（フィルム）２を冷却ローラー４に接触させる手段としては、溶融樹脂２と冷却ローラー４の接触点で空気を吸引するバキュームチャンバーと呼ばれる装置や、空気の圧力で溶融樹脂（フィルム）２を冷却ローラーに押しつけるエアチャンバーと呼ばれる装置、静電気を用いて溶融樹脂２を冷却ローラー４に押しつける静電密着キャスト法なども好ましく用いることが出来る。

スイーパーローラー１は溶融樹脂２が冷却ローラー４に接触してから離れるまでの間に溶融樹脂（フィルム）２に接触させられ、冷却ローラー４とスイーパーローラー１によって溶融樹脂（フィルム）２は挟圧される。スイーパーローラー１を冷却ローラー４に向かって押圧させる手段は特に限定されないが、容易に押圧力を変更できる等の利便性から空気圧力を用いたエアシリンダーが好ましく用いられる。スイーパーローラー１を溶融樹脂（フィルム）２に接触させる位置はフィルム５の種類や厚み、キャスト工程の速度や冷却ローラー４の温度などによって適宜設定され、変更可能な構成となっていることが好ましい。接触位置と溶融樹脂２と冷却ローラー４の接触点との距離を適切な距離に変更することにより、冷却ローラー４やスイーパーローラー１の表面形状が溶融樹脂（フィルム）２に転写したり、冷却ローラー４の表面の汚れを十分に溶融樹脂（フィルム）２に転写出来なかったりすることを防ぐことが出来る。スイーパーローラー１の押圧力は溶融樹脂（フィルム）２の種類や厚みによって適宜設定されるが、１０〜５００Ｎ／ｍの範囲が好ましく用いられる。押圧力が上記範囲であれば、過剰な押圧力によるフィルムのキズの発生を防止しつつ冷却ローラー４上の汚れを溶融樹脂（フィルム）２に転写させることが容易となる。

本発明のスイーパーローラー１は図１に示すように、軸１１の外周にゴム１２が被覆され、螺旋溝１３がゴム１２の表面に設けられている。

軸１１の構造は図１のような単純な中空ローラー状、すなわち、中空円筒体１１１の端部に軸受１４によって支持するためのジャーナル部１１２を備えた構造でも良いし、軸１１の内部に、冷却用の冷媒を流通させる流路を設けた構造でも良い。また、冷却ローラー４との軸方向の圧力分布をフラットなものにするため、図２に示すように、同心上に設けられた中軸２１と外筒部材２２を軸方向中央部のみで連結させた二重管構造としても良い。単純な中空ローラー状であれば軸の製造コストを抑えることが出来るし、冷却用の流路を設けた構造であれば、樹脂の特性上、高温で取り扱わなければならない場合でも、ゴム１２の温度を一定以下に保つことが可能となるため、ゴム１２の熱による劣化を抑制することが出来る。また、軸１１を二重管構造とすることにより、外筒部材２２が冷却ローラー４と同一方向に撓むため、溶融樹脂（フィルム）２に対する圧力をローラー軸方向に渡ってフラットにすることが可能となり、圧力の偏りにより局所的に圧力が過大となってスイーパーマークが発生、悪化することを抑制することが出来る。軸１１の材質は一般的な機械構造材料から適宜選択でき、たとえば鋼やステンレス、アルミニウム、繊維強化樹脂などが好ましく用いられる。

ゴム１２の種類は特に限定されず、たとえば天然ゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、ウレタンゴム、フッ素ゴム、およびこれらの混合物、さらにはこれらに充填材を含む各種添加剤を混合したものから、使用環境や樹脂の特性等に合わせて適宜選択し用いることが出来る。たとえば、溶融樹脂（フィルム）２に粘着性があったり、高温であったりする場合には離型性と耐熱性に優れるシリコーンゴムを主成分とするゴムが好ましく用いられるし、静電気印加装置などのオゾン発生源が付近に設置されている場合には、耐オゾン性にすぐれるエチレンプロピレンゴムなどが好適に用いられる。

ゴム１２のゴム硬度は特に限定されないが、一般的なゴムの製造可能範囲としてＨｓ３０〜９０ＪＩＳＡ（ＪＩＳ Ｋ ６３０１：１９９５）の中から、要求性能に合わせて適宜選択し用いることが出来る。たとえば、スイーパーマークの発生しやすいフィルムであったり幅が広い場合には、圧力の分散性が重要となるため、低硬度（Ｈｓ３０〜６０ＪＩＳＡ）のゴムが好ましく用いられ、また、フィルムの幅が狭い場合やゴム１２の耐久性が重視される場合には高硬度（Ｈｓ６０〜９０ＪＩＳＡ）のゴムが好ましく用いられる。また、圧力の分散性の観点からさらに低硬度（Ｈｓ３０ＪＩＳＡ以下）のゴムを必要とする場合には、ゴムをスポンジ状としたものが好適に用いられる。

軸１１にゴム１２を被覆する方法としては、種々の手法の中から適宜選択することができ、たとえば軸１１の表面に接着剤を塗布し、未加硫のゴムシートを巻付けたのち、熱と圧力を加えて加硫、成形する方法や、あらかじめ円筒状に加硫、成形したゴム１２に軸１１をはめ込んで接着する方法などを用いることが出来る。

ゴム１２の表面には螺旋溝１３が設けられており、スイーパーローラー表面積に占める溝１３の面積の割合（以下、開口率と称す）は３０％以下であって、スイーパーローラー表面における溝１３のスイーパーローラー軸方向の幅Ｗは２５ｍｍ以上である。開口率とスイーパーローラー軸方向の溝幅Ｗが上記範囲であれば、高速キャスト時や厚いフィルムを製膜する際にもスイーパーマークおよびエアバンクを防止することが出来る。

スイーパーマークとは前述の通り、スイーパーローラー１の表面の溝パターンが製品フィルム５に転写してしまう欠点である。本発明者らは詳細な分析によって、スイーパーマークに２つの形態が存在することを見出した。一つはスイーパーローラー１の表面の溝１３が形成されていない部分（非溝部）１５で冷却ローラー４の汚れがフィルム５に転写され、溝部１３では汚れが転写されないことによっておこる汚れの有無による明暗であり、もう一つは接触部での圧力によって、冷却ローラー４やスイーパーローラーの表面形状が転写することなどが原因となって発生するキズである。

スイーパーマークの二つの形態及びその要因によれば、スイーパーマークを改善するための手段の一つとして、開口率を小さくすれば良いことは容易に想到することが出来る。すなわち、スイーパーローラー１が一回転する間にフィルム５に転写させる汚れの面積が大きいほど、単位面積あたりに転写される汚れの量が減少するため、汚れの有無による明暗が小さくなる。また、開口率が小さいほど、接触面積が増加するために接触部分１５の圧力が低下し、キズが抑制される。しかしながら後述するように、従来のスイーパーローラーでは開口率を小さくするとエアバンク５２が発生してしまうという技術的矛盾が存在するため、改善することが出来なかった。エアバンク５２が発生すると、溶融樹脂（フィルム）２の冷却が不十分となるため、スイーパーマークはさらに悪化する。

スイーパーローラー１の表面の溝１３は図５に示すように、溶融樹脂２が冷却ローラー４に接触する際に、溶融樹脂２と冷却ローラー４の間に噛み込まれた空気ａが、スイーパーローラー１と冷却ローラー４の挟圧点５１において阻まれ、エアバンク５２を形成することを防止するために設けられる。エアバンク５２は多くの場合、溶融樹脂（フィルム）２の冷却ムラやシワ、破れといった弊害を引き起こす。エアバンク５２の形成を防止するためには、噛み込まれた空気ａを溶融樹脂（フィルム）２と冷却ローラー４の間から排出する必要がある。スイーパーローラーが溶融樹脂（フィルム）２を挟圧する点で空気ａを排出するメカニズムは、図６にその概念を示すように軸方向中央部から端部に向かって延びる螺旋溝１３が、スイーパーローラー１の回転によって端部に連続的に移動することで、溝部分に溜まった空気ａが溶融樹脂（フィルム）２の幅方向端部から排出されると考えられてきた。これは、従来のスイーパーローラーの螺旋溝が軸方向中央を境に対称な形状となっていることからも明らかである。そのため、エアバンク５２を防止するためには、端部に運ばれる空気ａの量を増やすために溝の総面積、すなわち開口率を大きく取らざるを得ず、結果としてスイーパーマークが悪化してしまうという技術的矛盾があった。特に空気ａの厚みは冷却ローラー４の速度に伴って増加するため、無延伸フィルムなどの高速なキャスト工程の場合では、より開口率を大きくしなければならず、スイーパーマークが悪化してしまう。

この問題に対し本発明者らは、いくつかの実験により、前述のメカニズムによる空気ａの排出効果は全体の空気排出量に対して大きくはなく、実際は図７に示すように溝１３によって、スイーパーローラー１と溶融樹脂（フィルム）２が接触しない部分において、溶融樹脂（フィルム）２が浮き上がり空気ａを通過させることで排出している効果が大きいことを見出した。溶融樹脂（フィルム）２の浮き上がりによる溝１本あたりの空気の排出量Ｖは図７に示す斜線部の面積にあたり、斜線部の面積は空気ａの圧力と大気圧の差圧、および溶融樹脂（フィルム）の質量による遠心力による等分布加重ｐを受ける梁のたわみとして近似できると考えられることから、数１で表される。ここで、ｗ、Ｅ、Ｉはそれぞれ溶融樹脂（フィルム）２のたわみ量、縦弾性係数、断面二次モーメントである。すなわち、空気ａの排出量はローラー軸方向における溝１３の幅Ｗ（以下、単に溝の幅Ｗと称す）の５乗に比例すると考えられる。

これに対し、開口率は空気ａの排出量と比例関係であると考えられるため、スイーパーマーク改善のために開口率を小さくしても、溝の幅Ｗを大きくすることでエアバンク５２の発生を抑制することが可能となることを本発明者は見出した。

図８に各種溝幅及び開口率におけるエアバンクの発生有無の実験結果を示す。○印がエアバンクが発生しなかったもの、×印がエアバンクの発生したものである。条件により多少結果が異なる場合があるが、エアの排出量には溝の幅Ｗがほぼ支配的となっているため、大きく結果が異なることはないと考えられ、溝の幅Ｗが２５ｍｍ以上であればエアバンクを生ずることなく、開口率３０％以下を達成可能である。また、溝の幅Ｗが１００ｍｍを超えても空気の排出効果に何ら悪影響を与えるものではないが、溝１３の加工が困難となり加工費用が増大する場合があり、開口率を３０％以下とすることも難しくなることから、溝の幅Ｗは１００ｍｍ以下であることが好ましい。

前述の通り、開口率は小さいほどスイーパーマークに対して有効であるが、３０％以下であれば、ほぼ目視で確認出来ない品質を得ることが可能であり、２０％以下であればスイーパーマークの発生しやすい条件や樹脂に対しても十分な効果を得やすいため、より好ましい。また、開口率が１０％以上であれば、数１の関係から、より広範囲の条件でエアバンクを防止出来るため好ましい。

さらに、汚れの明暗によるスイーパーマークを改善するもう一つの手段として、冷却ローラー４表面の汚れを効率的に満遍なく溶融樹脂（フィルム）２に転写させることが挙げられる。前述の通りスイーパーローラー１による挟圧によって冷却ローラー４表面の汚れは連続的に溶融樹脂（フィルム）２に転写されるが、溝１３の部分では転写が行われない。そのため冷却ローラー４表面全体をムラ無く清掃するには、冷却ローラー４表面の溝１３に当たる部分が、冷却ローラー４が１回転した後に非溝部１５に当たるように冷却ローラー４とスイーパーローラー１の外径および溝の仕様が決定されることが好ましい。たとえば、冷却ローラーの周長とスイーパーローラーの周長の比が整数比近傍である場合、冷却ローラー４が回転しても、溝１３に当たる部分がほとんど移動しないため、冷却ローラー４上の汚れは溶融樹脂（フィルム）２に転写されずに堆積しやすくなり、スイーパーマークが悪化する場合がある。冷却ローラー４が１回転した後にスイーパーローラー１の表面に設けられた溝１３が冷却ローラー４に対して相対的に軸方向に移動する量Ｍは(式１)で表され、この溝１３の軸方向移動量Ｍが溝の幅Ｗ以上かつ非溝部１５の軸方向の幅Ｙ以下であれば、開口率が上記範囲であるために、冷却ローラー４が２回転することで冷却ローラー４表面の全面とスイーパーローラー１の非溝部１５があたり、冷却ローラー４表面の汚れを効率的に満遍なく溶融樹脂（フィルム）２に転写させることができるため好ましい。
Ｍ＝｛（Ｄｃ×Ｎ）ｍｏｄ Ｄｓ ｝／ Ｄｓ × Ｐｃ （式１）
ここで、Ｍは冷却ローラー４が１回転した際の溝の軸方向移動量、Ｄｃは冷却ローラー４の外径、Ｄｓはスイーパーローラー１の外径、Ｎはスイーパーローラー１に設けられた螺旋溝１３の条数、Ｐｃは螺旋溝１３の軸方向ピッチ（＝Ｌ／Ｎ）、Ｌは螺旋溝１３のリードを表す。

また、溝１３がローラー軸方向と同一方向（ローラー回転方向に対し９０°）に設けられていなければ、非溝部１５が連続的に接触状態を保つことができ、スイーパーローラー１が振動しにくくなる。さらに、スイーパーローラー回転方向に対する溝１３の角度θが４０°以上であると、図４に示す加工溝幅Ｂに対し、スイーパーローラー軸方向における溝幅ＷがＢ／ｃｏｓθの関係で拡大するため、溝幅Ｗを２５ｍｍ以上としながら開口率３０％以下を達成することが容易となる。螺旋溝１３のスイーパーローラー回転方向に対する角度θは図４に示すように、反時計回りにプラスであってもマイナスであっても良い。

螺旋溝１３のスイーパーローラー表面におけるスイーパーローラー回転方向の溝の間隔Ｃ（以下、単に溝間隔Ｃと称す）は１００ｍｍ以下であることが好ましい。螺旋溝１３の溝間隔Ｃが１００ｍｍ以下であれば、溶融樹脂（フィルム）２と冷却ローラー４の間に噛み込まれた空気ａが、非溝部１５で長期間に渡りせき止められることがないため、開口率を３０％以下とするために非溝部１５の幅が広くなったとしても、この部分に局所的なエアバンクが生ずることがほぼなくなるため、溶融樹脂（フィルム）２の冷却ムラが抑えられ、平面性に優れたフィルムを得やすくなる。溝間隔Ｃは非溝部１５の幅Ｄに対して、Ｃ／ｓｉｎθの関係となるため、スイーパーローラー回転方向に対する溝１３の角度θが４０°以上であれば溝間隔Ｃを１００ｍｍ以下とすることも容易となる。また、螺旋溝１３の溝間隔Ｃは、狭いほど冷却ムラが軽減されるが、溝１３の本数を増やす必要が出てくるため、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。

また、上記開口率および溝幅を達成するために、たとえば大径のスイーパーローラーである場合などには、前記螺旋溝１３は複数設ける必要がある場合が多い。そして、これら複数設けられた螺旋溝１３は、従来のスイーパーローラーのように軸方向中央部を対称に設けられ、それによって溝が交差する部分があっても良いが、全ての螺旋溝１３が交差することなく設けられていることが好ましい。螺旋溝１３が交差することなく設けられていると、たとえば図４の４１部のような、溝の交差による非溝部の始点が形成されないため、非溝部の始点によるスイーパーローラー回転周期または回転周期の溝条数分の１の振動を容易に防ぐことができ、さらには螺旋溝１３を容易かつ安価に加工することが出来る場合が多い。溶融樹脂（フィルム）２と冷却ローラー４の間に噛み込まれた空気ａを螺旋溝が排出するメカニズムにおいて、螺旋溝が中央部から端部に空気を移動させて排出させる効果は大きくないため、スイーパーローラー軸方向の溝幅Ｗが２５ｍｍ以上であれば、中央部から端部に向かって螺旋溝１３を設けるために螺旋溝を交差させる必要はなくなる。

以下、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、各種物性値の測定方法、および評価方法を以下に示す。

（１）エアバンク
製膜中の目視でエアバンクの発生有無を確認した。

（２）スイーパーマーク
製膜後のフィルムを目視で観察し、全く見えないものをＡＡ、ほぼ見えないものをＡ、見えるものをＢ、遠くからでもはっきりと見えるものをＣとした。

（実施例１〜４）
図３に示すプラスチックフィルムの製膜装置を用いて、スリット幅を０．９ｍｍに調整したＴダイ３からポリプロピレンを単種単層構成にて吐出し、５０ｍ／ｍｉｎの速度で回転する外径９００ｍｍの冷却ローラー４にて冷却固化し、厚み１００μｍのポリプロピレンフィルムとし、ワインダーにて巻き取り、フィルムロール６を得た。スイーパーローラー１は図１に示す構造とし、炭素鋼からなる軸１１にシリコーンゴムを被覆し、外径は２２０ｍｍとした。スイーパーローラー表面に設けた溝の仕様および開口率、ならびに冷却ローラー４が１回転した際の溝の軸方向移動量Ｍは表１に示す通りである。

（実施例５）
製膜速度を１００ｍ／ｍｉｎとした以外は実施例１と同じ装置および条件にて製膜し、ポリプロピレンフィルムを得た。

（比較例１〜３）
スイーパーローラー１として従来のスイーパーローラーを用いた以外は実施例と同じ装置および条件にて製膜し、ポリプロピレンフィルムを得た。スイーパーローラー表面に設けた溝の仕様および開口率、ならびに冷却ローラー４が１回転した際の溝の軸方向移動量Ｍは表２の通りである。

（比較例４）
製膜速度を２０ｍ／ｍｉｎとした以外は比較例２と同じ装置および条件にて製膜し、ポリプロピレンフィルムを得た。

上記実施例および比較例の実施結果を表１、表２の下段に示す。

実施例１〜４では、エアバンクを発生させることなくスイーパーマークを防止出来ている。また、実施例２および３では、螺旋溝のスイーパーローラー回転方向の間隔Ｃを９２．２ｍｍとしたため、平面性がよく外観品位が良好であった。また、スイーパーローラー回転方向に対し螺旋溝を５１°の角度で設けることで、スイーパーローラー軸方向の溝幅Ｗを２８．８ｍｍとしながら、開口率を２０％とすることができ、かつ冷却ローラーが１回転した際の溝の軸方向移動量Ｍを溝幅Ｗ以上非溝部幅Ｙ以下としたため、エアバンクを防止しつつ、目視ではスイーパーマークが全く見えない状態を達成している。また、実施例３は全ての溝を交差することなく設けているため、全く振動が発生せず、加工費も安価に製作することができた。また、実施例５では製膜速度を２倍の１００ｍ／ｍｉｎとしたがエアバンクの発生を防止しつつスイーパーマークの悪化も抑えることが出来た。

比較例１では開口率は大きいが、溝幅Ｗが狭いため、エアバンクが発生しスイーパーマークが悪化したうえ、著しく外観品位を損なった。比較例２も溝幅Ｗが狭いため、同様にエアバンクが発生した。また、比較例３では軸方向の溝幅Ｗが２６．７ｍｍと大きいが開口率も４２％と大きいためにスイーパーマークが悪化した。比較例４では製膜速度を下げたため、エアバンクの発生なく、スイーパーマークも合格レベルであったが、低速のため生産性が著しく低下した。

本発明は、プラスチックフィルムの製造工程におけるスイーパーローラーとしての利用が可能であり、特に無延伸フィルムの製造に好適であるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。

１ スイーパーローラー
２ 溶融樹脂または冷却固化されたフィルム
３ Ｔダイ
４ 冷却ローラー
５ フィルム
６ フィルムロール
７ エッジスリット刃
８ フィルムエッジ
９ 巻取工程
１１ 軸
１１１中空円筒体
１１２ジャーナル
１２ ゴム
１３ 溝
１４ 軸受
１５ 非溝部
２１ 中軸
２２ 外筒部材
４１ 溝の交差部（非溝部開始点）
５１ スイーパーローラー挟圧点
５２ エアバンク
θ 溝のリード角
Ａ スイーパーローラー回転方向
Ｂ 加工溝幅
Ｃ ローラー回転方向における溝間隔
Ｄ 非溝部の幅
Ｗ ローラー軸方向における溝の幅
Ｙ ローラー軸方向における非溝部の幅
Ｐ 溝加工ピッチ
Ｐｃ ローラー軸方向における溝のピッチ
Ｌ ローラー軸方向における溝のリード

Claims (8)

1. 表面に螺旋溝が設けられたフィルム製膜用スイーパーローラーであって、前記螺旋溝部分の面積がスイーパーローラー表面積に占める割合が３０％以下であって、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅が２５ｍｍ以上であることを特徴とするフィルム製膜用スイーパーローラー。
2. 前記螺旋溝は、スイーパーローラー表面におけるスイーパーローラー回転方向の溝の間隔が１００ｍｍ以下となるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィルム製膜用スイーパーローラー。
3. 前記螺旋溝がスイーパーローラー回転方向に対し４０°以上９０°未満の角度で設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム製膜用スイーパーローラー。
4. 前記螺旋溝はスイーパーローラー表面に複数設けられており、全ての螺旋溝が交差することなく設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフィルム製膜用スイーパーローラー。
5. Ｔダイと冷却ローラーおよびスイーパーローラーを備えたプラスチックフィルムの製造装置であって、前記スイーパーローラーとして請求項１乃至４のいずれかに記載のスイーパーローラーを用いたことを特徴とするプラスチックフィルムの製造装置。
6. 前記スイーパーローラーの表面の螺旋溝は等間隔に複数条設けられており、（式１）で表される前記冷却ローラーが１回転した後に前記スイーパーローラー表面に設けられた螺旋溝が前記冷却ローラーに対して相対的に軸方向に移動する量Ｍが、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅以上かつ非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅以下となることを特徴とする請求項５に記載のプラスチックフィルムの製造装置。
   Ｍ＝｛（Ｄｃ×Ｎ）ｍｏｄ Ｄｓ ｝／ Ｄｓ × Ｐｃ （式１）
   ここで、Ｍ：前記冷却ローラーが１回転する際の溝の軸方向移動量
   Ｄｃ：前記冷却ローラーの外径
   Ｄｓ：前記スイーパーローラーの外径
   Ｎ：前記スイーパーローラーに設けられた螺旋溝の条数
   Ｐｃ：前記螺旋溝の軸方向ピッチ＝Ｌ／Ｎ
   Ｌ：前記螺旋溝のリード
   を表す。
7. Ｔダイから溶融樹脂を吐出し、冷却ローラーに前記溶融樹脂を接触させて冷却固化しプラスチックフィルムを得るプラスチックフィルムの製造方法であって、前記溶融樹脂が冷却ローラーに接触してから離れるまでの間に、前記溶融樹脂または冷却固化されたプラスチックフィルムにスイーパーローラーを接触させ、該スイーパーローラーとして請求項１乃至４に記載のフィルム製膜用スイーパーローラーを用いたことを特徴とするプラスチックフィルムの製造方法。
8. 前記スイーパーローラーの表面の螺旋溝は等間隔に複数条設けられており、下記（式１）で表される前記冷却ローラーが１回転した後に前記スイーパーローラー表面に設けられた螺旋溝が前記冷却ローラーに対して相対的に軸方向に移動する量Ｍが、前記螺旋溝のスイーパーローラー軸方向の幅以上かつ非溝部のスイーパーローラー軸方向の幅以下となることを特徴とする請求項７に記載のプラスチックフィルムの製造方法。
   Ｍ＝｛（Ｄｃ×Ｎ）ｍｏｄ Ｄｓ ｝／ Ｄｓ × Ｐｃ （式１）
   ここで、Ｍ：前記冷却ローラーが１回転する際の溝の軸方向移動量
   Ｄｃ：前記冷却ローラーの外径
   Ｄｓ：前記スイーパーローラーの外径
   Ｎ：前記スイーパーローラーに設けられた螺旋溝の条数
   Ｐｃ：前記螺旋溝の軸方向ピッチ＝Ｌ／Ｎ
   Ｌ：前記螺旋溝のリード

Images