JPWO2018088280A1 - 二軸延伸装置 - Google Patents

Abstract

二軸延伸装置は、井桁状に配置され、井桁の中央部が方形状の延伸対象物の設置場所とされるＸ方向バー及びＹ方向バーと、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向に移動可能に取り付けられ、延伸対象物の外縁を把持可能な複数の移動チャックと、Ｘ方向バー及びＹ方向バーを長手方向と直交する方向に移動させる第１駆動手段と、移動チャックをＸ方向バー及びＹ方向バーの長手方向へそれぞれ移動させる第２駆動手段と、を有する。

Description

本開示は、延伸対象物を二軸方向に延伸させる二軸延伸装置に関する。

延伸対象物を二軸方向に延伸させる二軸延伸装置として、例えば特開２００４−１７３６７号公報には、延伸バーに対して移動可能に保持されたパンタグラフ機構と、パンタグラフ機構に固定され、シート（延伸対象物）を把持する複数の把持具（チャック）と、延伸バーを移動させるモータと、を備える二軸延伸機が開示されている。

また、特開２００５−２５４７７８号公報には、保持レール（バー）に移動可能に保持され、フィルム（延伸対象物）を把持する複数のピン（チャック）と、保持レール（バー）を移動させる移動機構と、を備えるフィルム延伸機が開示されている。

特開２００４−１７３６７号公報の二軸延伸機では、把持具（チャック）がパンタグラフ機構に固定されているため、シート（延伸対象物）の延伸前の段階において、把持具（チャック）間にパンタグラフ機構を折り畳んだ状態で収容する隙間が必要となる。

このため、把持具（チャック）間の初期間隔が広くなるとともに、シート（延伸対象物）の初期の大きさも把持具（チャック）の間隔に合わせて大きくなり、シート（延伸対象物）の延伸比を大きくすることが困難であった。具体的には、シート（延伸対象物）の初期の大きさが１００ｍｍ四方程度となり、延伸限界が１ｍ四方程度であるため、延伸比は１０倍程度が限界であった。

また、特開２００５−２５４７７８号公報のフィルム延伸機では、ピン（チャック）が保持レール（バー）に対して移動自在とされている。このため、ピン（チャック）同士の間隔を一定に保つことができず、ピン（チャック）によってフィルム（延伸対象物）を延伸させた際に、フィルム（延伸対象物）の外縁に沿った伸び率を一定に保つことが困難であった。

さらに、特開２００４−１７３６７号公報の二軸延伸機及び特開２００５−２５４７７８号公報のフィルム延伸機では、方形状のシート、フィルム（延伸対象物）の角部を把持する把持具、ピン（チャック）がないため、角部では中央部と同様の延伸が行われないという問題を有する。

加えて、特開２００４−１７３６７号公報の二軸延伸機では、シート（延伸対象物）の外縁が凸形状とされており、それに嵌合するように把持具（チャック）の把持面を凹形状とすることが提案されている。このため、中央部と外縁部の厚さが同じである通常の平板状のシート（延伸対象物）の延伸には、適用しづらい難点があった。一方、特開２００５−２５４７７８号公報のフィルム延伸機では、ピン（チャック）の把持面が角形状となっており、フィルム（延伸対象物）に局所的な応力が生じ易く、高倍率の延伸には不向きである。

また、特開２００４−１７３６７号公報の二軸延伸機及び特開２００５−２５４７７８号公報のフィルム延伸機では、延伸応力の検出機構が設けられていない。このため、延伸対象物に生じる引張応力が高くなって延伸対象物が破断する虞がある場合であっても、それに気付くことができず、高倍率まで二軸延伸するための延伸速度や延伸温度の調整を効率よく行うことができない。

本開示は上記事実を考慮し、チャックの初期間隔を狭くするとともに、チャックの間隔を一定に保つことができる二軸延伸装置を提供することを目的とする。

本開示の第１態様に係る二軸延伸装置は、井桁状に配置され、井桁の中央部が方形状の延伸対象物の設置場所とされるＸ方向バー及びＹ方向バーと、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向に移動可能に取り付けられ、延伸対象物の外縁を把持可能な複数の移動チャックと、Ｘ方向バー及びＹ方向バーを長手方向と直交する方向に移動させる第１駆動手段と、移動チャックをＸ方向バー及びＹ方向バーの長手方向へそれぞれ移動させる第２駆動手段と、を有する。

上記構成によれば、井桁状に配置されたＸ方向バー及びＹ方向バーに移動チャックが取り付けられているため、パンタグラフ機構を利用してチャックの間隔を調整する構成と比較して、延伸対象物を把持する際のチャックの初期間隔を狭くすることができる。このため、小さな延伸対象物を把持することができ、延伸対象物の延伸比を大きくすることができる。

また、第１駆動手段によってＸ方向バー及びＹ方向バーを長手方向と直交する方向に移動させることで、移動チャックで把持された方形状の延伸対象物が二軸方向に延伸される。このとき、第２駆動手段によって移動チャックをＸ方向バー及びＹ方向バーの長手方向へそれぞれ移動させることで、移動チャックの間隔を調整することができ、延伸対象物の外縁に沿った伸び率を一定にすることができる。

本開示の第２態様に係る二軸延伸装置は、第１態様に係る二軸延伸装置であって、Ｘ方向バーとＹ方向バーとの交差部に設けられ、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向に移動可能に取り付けられ、延伸対象物の角部を把持可能な交差部チャックと、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向中央部に取り付けられ、延伸対象物の外縁の中央部を把持可能な中央部チャックと、を有し、移動チャックは、交差部チャックと中央部チャックとの間に設けられ、延伸対象物の外縁の中央部と角部との間を把持可能とされており、第２駆動手段は、第１駆動手段と同期して、移動チャックをＸ方向バー及びＹ方向バーより遅い速度で移動させる。

上記構成によれば、Ｘ方向バーとＹ方向バーとの交差部に交差部チャックが設けられ、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向中央部に中央部チャックが取り付けられている。このため、第１駆動手段によってＸ方向バー及びＹ方向バーを長手方向と直交する方向に移動させることで、方形状の延伸対象物の角部及び中央部が、それぞれ交差部チャック及び中央部チャックにより二軸方向に延伸される。

このとき、第２駆動手段が第１駆動手段と同期して、移動チャックをＸ方向バー及びＹ方向バーより遅い速度で移動させることにより、交差部チャック、中央部チャック、及び移動チャックのそれぞれの間隔を一定にすることができる。すなわち、延伸対象物の外縁に沿った伸び率を一定にすることができる。

さらに、方形状の延伸対象物の角部を把持する交差部チャックを有することにより、角部でも中央部と同様の延伸が行うことが可能となり、延伸対象物全体にわたって均一な延伸が可能になるとともに、延伸後の延伸対象物の有効面積を大きくできる。これにより、延伸対象物の角部についても、製品あるいは試料として利用することができる。

本開示の第３態様に係る二軸延伸装置は、第１態様又は第２態様に係る二軸延伸装置であって、第１駆動手段は、Ｘ方向バー及びＹ方向バーとそれぞれ直交する方向に配置された第１駆動ベルトと、第１駆動ベルトにＸ方向バー及びＹ方向バーの両端部をそれぞれ固定する第１固定部と、を有し、第２駆動手段は、移動チャックから下方に垂下する縦部材と、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの下方にそれぞれ設けられ、Ｘ方向バー又はＹ方向バーと直交する方向に延びる移動バーと、縦部材の下端部を移動バーの長手方向へ移動可能に取り付けるホルダと、移動バーと直交する方向に配置された第２駆動ベルトと、第２駆動ベルトに移動バーの両端部をそれぞれ固定する第２固定部と、を有し、第１駆動ベルトが巻き掛けられた第１駆動プーリと、第２駆動ベルトが巻き掛けられ、第１駆動プーリより小径の第２駆動プーリとに、同一のモータから駆動力が伝達される。

上記構成によれば、第１駆動ベルトを駆動すると、第１固定部によって第１駆動ベルトに固定されたＸ方向バー及びＹ方向バーが、第１駆動ベルトとともにそれぞれ広がるように移動する。このとき、Ｘ方向バー及びＹ方向バーに取り付けられた移動チャック（及び交差部チャック、中央部チャック）が、延伸対象物を二軸方向に延伸させる。

一方、第２駆動ベルトを駆動すると、第２固定部によって第２駆動ベルトに固定された移動バーが、第２駆動ベルトとともにそれぞれ広がるように移動する。ここで、移動バーには、移動チャックから垂下した縦部材がホルダを介して移動可能に取り付けられている。このため、移動チャックは、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向に沿って移動するとともに、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの長手方向と直交する方向には、Ｘ方向バー及びＹ方向バーとともに移動する。

また、第１駆動ベルトの第１駆動プーリと第２駆動ベルトの第２駆動プーリは、同一のモータから駆動力が伝達される。このため、第１駆動プーリと第２駆動プーリの径の比率、すなわち減速比を調整することで、移動チャック（及び交差部チャック、中央部チャック）の間隔の比率を一定に保った状態で、移動チャック（及び交差部チャック）を移動させることができる。

本開示の第４態様に係る二軸延伸装置は、第１〜第３態様のいずれか１つの態様に係る二軸延伸装置であって、Ｘ方向バー及びＹ方向バーの中央部に形成された開口部と、開口部の開口面積を可変とするシャッターと、開口部から延伸対象物の片面又は両面に熱風を吹き付ける加熱手段と、を有する。

上記構成によれば、シャッターによって開口部の開口面積を変えることで、加熱手段による延伸対象物の加熱範囲を調整することができる。このため、例えば加熱手段によって延伸対象物の外縁を加熱しないようにすることで、移動チャック等で把持された延伸対象物の外縁が軟化して局所的に延伸されることを抑制することができる。

本開示の第５態様に係る二軸延伸装置は、第２態様に係る二軸延伸装置であって、交差部チャック、中央部チャック、及び移動チャックの把持面は、円形状とされ、延伸対象物の最外縁より内側を把持可能とされている。

上記構成によれば、交差部チャック、中央部チャック、及び移動チャックの把持面が円形状とされているため、把持面が角形状とされている構成と比較して、延伸対象物に局所的な応力が生じ難く、延伸対象物を傷つけることなく延伸することができる。また、把持面に係止される係止突起等を予め延伸対象物の外縁に設けておく必要がないため、厚みが均一な通常の平板状のフィルムやシートを、延伸対象物として用いることができる。

さらに、交差部チャック、中央部チャック、及び移動チャックの把持面が、延伸対象物の最外縁より内側を把持可能とされているため、延伸対象物の最外縁に中心部分より厚さが厚い額縁部を形成することができる。このため、延伸対象物の最外縁の強度を保つことができ、最外縁が裂けることを抑制することができる。また、延伸対象物の最外縁が把持面からすり抜けること（いわゆるチャック抜け）を抑制することができる。

本開示の第６態様に係る二軸延伸装置は、第２又は第５態様に係る二軸延伸装置であって、中央部チャックには、中央部チャックに生じる引張応力を検出する応力検出センサが取り付けられている。

上記構成によれば、中央部チャックに応力検出センサが取り付けられているため、検出された中央部チャックに生じる引張応力、すなわち延伸対象物に生じる引張応力に応じて延伸対象物の延伸速度や延伸温度を調整することができる。

本開示によれば、チャックの初期間隔を狭くするとともに、チャックの間隔を一定に保つことができる。

本開示の実施形態に係る二軸延伸装置を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る二軸延伸装置の駆動手段を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る二軸延伸装置を示す側面図である。 二軸延伸装置によるフィルムの延伸前の状態を示す平面図である。 二軸延伸装置によるフィルムの延伸後の状態を示す平面図である。 二軸延伸装置によるフィルムの延伸後の状態を示す側面図である。 二軸延伸装置の移動チャックの作動状態を示す説明図である。 二軸延伸装置の移動チャックの作動状態を示す説明図である。

以下、本開示の実施形態の一例に係る二軸延伸装置について、図１〜図６を用いて説明する。なお、図中において、Ｘ方向はフィルムの延伸方向（一軸方向）、Ｙ方向はＸ方向に直交するフィルムの延伸方向（二軸方向）、Ｚ方向は上下方向（垂直方向）を指す。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の二軸延伸装置１０は、互いに間隔をあけてそれぞれＸ方向に延びる一対のＸ方向バー１２と、互いに間隔をあけてそれぞれＹ方向に延びる一対のＹ方向バー１４とを有している。

Ｘ方向バー１２とＹ方向バー１４とは互いに井桁状に配置されており、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の両端部分は、図５に示すように、二軸延伸装置１０の側板１３に形成された貫通孔１５に長手方向と直交する方向に移動可能に挿入されている。また、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４で囲まれた中央部１６は、延伸対象物としての方形状の樹脂製のフィルム１８の設置場所とされている。

Ｘ方向バー１２とＹ方向バー１４の４箇所の交差部には、それぞれ交差部チャック２０が設けられている。交差部チャック２０は、基部２０Ａと把持部２０Ｂとを有しており、図２に示すように、基部２０ＡがＸ方向バー１２及びＹ方向バー１４にベアリング２２Ａ、２２Ｂを介してそれぞれ取り付けられている。このため、交差部チャック２０は、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の長手方向に移動可能とされている。

交差部チャック２０の把持部２０Ｂは、空気圧により基部２０Ａに対して回転軸Ｄを中心に回動可能とされている。具体的には、把持部２０Ｂにはシリンダー１０８が設けられており、シリンダー１０８には、図１に示す一対の供給チューブ２１の一端部が接続されている。

供給チューブ２１の他端部は、図示しないコンプレッサーやボンベに接続されており、供給チューブ２１を通じてシリンダー１０８内に圧縮空気が供給される。供給される圧縮空気の圧力は、例えば０．８ＭＰａ程度とされている。

供給チューブ２１は、Ｘ方向バー１２又はＹ方向バー１４に平行に延びており、交差部チャック２０の移動を妨げることなく交差部チャック２０とともに移動する。なお、一部図示を省略しているが、４箇所の各交差部チャック２０にそれぞれ一対の供給チューブ２１が接続されている。

また、交差部チャック２０の把持部２０Ｂの先端には、図１に示すフィルム１８の角部を把持可能な把持面２０Ｃが形成されている。図１に示すように、把持面２０Ｃは円形状とされている。

図２に示すように、交差部チャック２０の把持面２０Ｃは回転軸Ｄと接しておらず、把持面２０Ｃと回転軸Ｄとの間に間隙がある。このため、把持面２０Ｃによってフィルム１８の角部の最外縁より内側を把持することができる。なお、本実施形態の場合、把持面２０Ｃと回転軸Ｄとの間隙の距離は、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度とされている。

図１に示すように、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の長手方向中央部には、基部２４Ａと把持部２４Ｂとを有する中央部チャック２４がそれぞれ設けられている。中央部チャック２４の基部２４Ａは、例えば図示しないレールを介してＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４に載置されており、載置されたＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４の長手方向に対して移動不可能、かつ、長手方向に直交する方向に対して僅かに移動可能に取り付けられている。

また、図２に示すように、中央部チャック２４の把持部２４Ｂは、空気圧により基部２４Ａに対して回転軸Ｅを中心に回動可能とされている。具体的には、把持部２４Ｂにはシリンダー１１０が設けられており、シリンダー１１０には、図１に示す一対の供給チューブ２３の一端部が接続されている。

供給チューブ２３の他端部は、図示しないコンプレッサーやボンベに接続されており、供給チューブ２３を通じてシリンダー１１０内に圧縮空気が供給される。供給される圧縮空気の圧力は、例えば０．８ＭＰａ程度とされている。

供給チューブ２３は、中央部チャック２４が取り付けられているＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４に平行に延びており、中央部チャック２４の移動を妨げることなく中央部チャック２４とともに移動する。なお、一部図示を省略しているが、４箇所の各中央部チャック２４にそれぞれ一対の供給チューブ２３が接続されている。

また、中央部チャック２４の把持部２４Ｂの先端には、図１に示すフィルム１８の外縁の中央部を把持可能な把持面２４Ｃが形成されている。図１に示すように、把持面２４Ｃは円形状とされている。

図２に示すように、中央部チャック２４の把持面２４Ｃは回転軸Ｅと接しておらず、把持面２４Ｃと回転軸Ｅとの間に間隙がある。このため、把持面２４Ｃによってフィルム１８の最外縁より内側を把持することができる。なお、本実施形態の場合、把持面２４Ｃと回転軸Ｅとの間隙の距離は、５ｍｍ〜１５ｍｍ程度とされている。

また、図１に示すように、Ｘ方向バー１２に載置されている中央部チャック２４、及びＹ方向バー１４に載置されている中央部チャック２４には、それぞれ連結シャフト２５Ａを介して応力検出センサ２５が取り付けられている。応力検出センサ２５は例えばロードセルであり、中央部チャック２４に生じる引張応力、すなわちフィルム１８に生じる引張応力を検出する。

Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の交差部チャック２０と中央部チャック２４との間には、それぞれ２つずつ移動チャック２６、２８が設けられている。移動チャック２６、２８は、基部２６Ａ、２８Ａと把持部２６Ｂ、２８Ｂとをそれぞれ有しており、基部２６Ａ、２８Ａは、それぞれＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４の長手方向に移動可能に取り付けられている。

また、図２に示すように、移動チャック２６、２８の把持部２６Ｂ、２８Ｂは、空気圧により基部２６Ａ、２８Ａに対して回転軸Ｆ、Ｇを中心に回動可能とされている。具体的には、把持部２６Ｂ、２８Ｂにはシリンダー１０４が設けられており、シリンダー１０４には、図１に示す一対の供給チューブ２７、２９の一端部が接続されている。

供給チューブ２７、２９の他端部は、図示しないコンプレッサーやボンベに接続されており、供給チューブ２７、２９を通じてシリンダー１０４内に圧縮空気が供給される。供給される圧縮空気の圧力は、例えば０．８ＭＰａ程度とされている。

供給チューブ２７、２９は、移動チャック２６、２８が取り付けられているＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４に平行に延びており、移動チャック２６、２８の移動を妨げることなく移動チャック２６、２８とともに移動する。なお、一部図示を省略しているが、各移動チャック２６、２８にそれぞれ一対の供給チューブ２７、２９が接続されている。

また、移動チャック２６、２８の把持部２６Ｂ、２８Ｂの先端には、図１に示すフィルム１８の外縁の中央部と角部との間を把持可能な把持面２６Ｃ、２８Ｃが形成されている。図１に示すように、把持面２６Ｃ、２８Ｃは円形状とされている。

図２、図５に示すように、移動チャック２６、２８の把持面２６Ｃ、２８Ｃは回転軸Ｆ、Ｇと接しておらず、把持面２６Ｃ、２８Ｃと回転軸Ｆ、Ｇとの間に間隙がある。このため、把持面２６Ｃ、２８Ｃによってフィルム１８の最外縁より内側を把持することができる。なお、本実施形態の場合、把持面２６Ｃ、２８Ｃと回転軸Ｆ、Ｇとの間隙の距離は、５ｍｍ〜１５ｍｍ程度とされている。

移動チャック２６について図６Ａ、図６Ｂを用いてより具体的に説明すると、移動チャック２６の把持部２６Ｂの基端部にはピン１０６が突設されており、ピン１０６は、シリンダー１０４の先端に形成された長穴１０４Ａに挿入されている。

供給チューブ２７を通じてシリンダー１０４内に圧縮空気が供給されると、シリンダー１０４が水平方向に移動し、シリンダー１０４の移動に伴って長穴１０４Ａ内でピン１０６が移動する。これにより、移動チャック２６の把持部２６Ｂが基部２６Ａに対して回転軸Ｆを中心に回動する。なお、交差部チャック２０、中央部チャック２４、及び移動チャック２８も移動チャック２６と同様の構成とされている。

また、二軸延伸装置１０は、第１駆動手段として、Ｘ方向バー１２を長手方向と直交する方向に移動させる一対のバー駆動手段と、Ｙ方向バー１４を長手方向と直交する方向に移動させる一対のバー駆動手段３０と、を有している。

さらに、二軸延伸装置１０は、第２駆動手段として、Ｘ方向バー１２上の移動チャック２６、２８をＸ方向バー１２の長手方向へ移動させる、それぞれ一対の第１チャック駆動手段３２及び第２チャック駆動手段３４と、Ｙ方向バー１４上の移動チャック２６、２８をＹ方向バー１４の長手方向へ移動させる、それぞれ一対の第１チャック駆動手段及び第２チャック駆動手段と、を有している。

なお、バー駆動手段３０、第１チャック駆動手段３２、及び第２チャック駆動手段３４は、二軸延伸装置１０の四方の側面（側板の外側）にそれぞれ設けられており、四方の各駆動手段３０、３２、３４はそれぞれ同様の構成とされている。このため、一方の側面のバー駆動手段３０、第１チャック駆動手段３２、及び第２チャック駆動手段３４の構成のみを図２、図３に示し、他の三方の各駆動手段の構成については図示及び説明を省略する。

図３に示すように、バー駆動手段３０は、第１駆動ベルトとしての一対のバー駆動ベルト３６と、バー駆動ベルト３６にＹ方向バー１４の一端部をそれぞれ固定する第１固定部としてのバー固定部３８と、を有している。バー駆動ベルト３６は、Ｙ方向バー１４の下方かつＹ方向バー１４と直交する方向に配置されており、互いに間隔をあけて配置された第１駆動プーリとしてのバー駆動プーリ４０Ａとバー従動プーリ４０Ｂとの間に巻き掛けられている。

また、バー固定部３８は、把持部３８Ａと垂下部３８Ｂとを有している。把持部３８Ａは、図２に示すように、バー駆動ベルト３６を挟んだ状態で互いにボルト４１で固定された一対の把持板４２Ａ、４２Ｂで構成されている。また、垂下部３８Ｂは、垂直方向（Ｚ方向）に延び、上端がＹ方向バー１４に、下端が把持部３８Ａにそれぞれ接続されている。

第１チャック駆動手段３２は、中央部チャック２４側の移動チャック２６から下方にそれぞれ垂下する縦部材４４と、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の下方に設けられ、Ｘ方向バー１２と直交し、かつＹ方向バー１４と平行に延びる第１移動バー４６と、を有している。

縦部材４４の下端部にはホルダ４８が設けられており、ホルダ４８がベアリング５０を介して第１移動バー４６に取り付けられることにより、縦部材４４が第１移動バー４６の長手方向へ移動可能とされている。

また、第１チャック駆動手段３２は、第２駆動ベルトとしての一対の第１チャック駆動ベルト５２と、第１チャック駆動ベルト５２に第１移動バー４６の一端部をそれぞれ固定する第２固定部としての第１チャック固定部５４と、を有している。

第１チャック駆動ベルト５２は、第１移動バー４６の下方かつ第１移動バー４６と直交する方向に配置されており、互いに間隔をあけて配置された第２駆動プーリとしての第１チャック駆動プーリ５６Ａと第１チャック従動プーリ５６Ｂとの間に巻き掛けられている。

また、第１チャック固定部５４は、把持部５４Ａと垂下部５４Ｂとを有している。把持部５４Ａは、第１チャック駆動ベルト５２を挟んだ状態で互いにボルト６０で固定された一対の把持板６２Ａ、６２Ｂで構成されている。また、垂下部５４Ｂは、垂直方向（Ｚ方向）に延び、上端が第１移動バー４６に、下端が把持部５４Ａにそれぞれ接続されている。

同様に、第２チャック駆動手段３４は、交差部チャック２０側の移動チャック２８から下方にそれぞれ垂下する縦部材６４と、Ｘ方向バー１２と直交し、かつＹ方向バー１４と平行に延びる第２移動バー６６と、を有している。なお、第２移動バー６６は、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の下方、かつ第１移動バー４６の上方に設けられており、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の下方において、同一方向に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６とが互いに異なる高さに設けられている。

縦部材６４の下端部にはホルダ６８が設けられており、ホルダ６８がベアリング７０を介して第２移動バー６６に取り付けられることにより、縦部材６４が第２移動バー６６の長手方向へ移動可能とされている。

また、第２チャック駆動手段３４は、第２駆動ベルトとしての一対の第２チャック駆動ベルト７２と、第２チャック駆動ベルト７２に第２移動バー６６の一端部をそれぞれ固定する第２固定部としての第２チャック固定部７４と、を有している。

第２チャック駆動ベルト７２は、第２移動バー６６の下方かつ第２移動バー６６と直交する方向に配置されており、互いに間隔をあけて配置された第２駆動プーリとしての第２チャック駆動プーリ７６Ａと第２チャック従動プーリ７６Ｂとの間に巻き掛けられている。

また、第２チャック固定部７４は、把持部７４Ａと垂下部７４Ｂとを有している。把持部７４Ａは、第２チャック駆動ベルト７２を挟んだ状態で互いにボルト７８で固定された一対の把持板８０Ａ、８０Ｂで構成されている。また、垂下部７４Ｂは、垂直方向（Ｚ方向）に延び、上端が第２移動バー６６に、下端が把持部７４Ａにそれぞれ接続されている。

図３に示すように、第２チャック駆動プーリ７６Ａはバー駆動プーリ４０Ａより小径とされており、第１チャック駆動プーリ５６Ａは第２チャック駆動プーリ７６Ａより小径とされている。また、第２チャック駆動プーリ７６Ａと第２チャック従動プーリ７６Ｂとの間隔は、バー駆動プーリ４０Ａとバー従動プーリ４０Ｂとの間隔より狭くされており、第１チャック駆動プーリ５６Ａと第１チャック従動プーリ５６Ｂとの間隔は、第２チャック駆動プーリ７６Ａと第２チャック従動プーリ７６Ｂとの間隔より狭くされている。

さらに、一対のバー駆動プーリ４０Ａ、一対の第２チャック駆動プーリ７６Ａ、及び一対の第１チャック駆動プーリ５６Ａは、それぞれ同一のモータ８２から駆動力が伝達される。具体的には、モータ８２の出力軸８２Ａに第１ギア８４が固定されており、第１ギア８４に一対の第２ギア８６が噛み合っている。この第２ギア８６からそれぞれ上方（Ｚ方向）に延びる回転軸８６Ａに、下方から順にバー駆動プーリ４０Ａ、第２チャック駆動プーリ７６Ａ、及び第１チャック駆動プーリ５６Ａが固定されている。

このため、バー駆動ベルト３６、第２チャック駆動ベルト７２、及び第１チャック駆動ベルト５２は、同時に駆動される（同期する）とともに、第２チャック駆動ベルト７２がバー駆動ベルト３６より遅い速度で、第１チャック駆動ベルト５２が第２チャック駆動ベルト７２より遅い速度でそれぞれ回転する。すなわち、第２移動バー６６がＹ方向バー１４より遅い速度で、第１移動バー４６が第２移動バー６６より遅い速度でそれぞれ移動する。

また、図４Ａ、及び図４Ｂに示すように、二軸延伸装置１０の中央部１６の下方には、開口部８８が形成されており、開口部８８には加熱手段９０が設けられている。加熱手段９０は、上方（Ｚ方向）に向けて開口する複数の孔９０Ａと、孔９０Ａの下方に設けられた図示しないヒーター及び送風機を備えている。

このため、ヒーターで暖めた空気を送風機によって孔９０Ａから吹き出すことで、中央部１６に設置されたフィルム１８の下面に熱風を吹き付ける。なお、ヒーターの加熱量や送風機での送風量を制御することで、フィルム１８に吹き付ける熱風の温度や風量が調整可能とされている。

フィルム１８に吹き付けられた熱風は、図５に示すように、二軸延伸装置１０の側板１３におけるＸ方向バー１２及びＹ方向バー１４よりも上方部分に設けられた排気口９１から回収される。これを再びヒーター及び送風機に供給することで、二軸延伸装置１０内で熱風循環させている。

なお、排気口９１は、側板１３に沿って等間隔で複数（本実施形態では３０個）設置されており、排気口９１の一部を塞いだり、ヒーター及び送風機への熱風の循環供給を制限したりすることで、二軸延伸装置１０内の温度勾配を調整することができる。

また、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、二軸延伸装置１０の中央部１６の下方には、開口部８８の四方をそれぞれ覆う一対のシャッター９２Ａと一対のシャッター９２Ｂとが設けられている。シャッター９２Ａ、９２Ｂは、開口部８８の開口面積を増減させる方向（Ｘ方向又はＹ方向）にそれぞれ移動可能とされており、開口部８８の開口面積を変えることで、加熱手段９０による熱風の吹き付け範囲を調整する。

図５に示すように、Ｘ方向に移動する一対のシャッター９２Ａのうち、一方のシャッター９２Ａ（図５における左方）には、外側端部にシャフト９８が取り付けられており、内側端部にワイヤ９４の一端が取り付けられている。ワイヤ９４の他端は、二軸延伸装置１０の下方に設けられたスプール９６を介して他方のシャッター９２Ａ（図５における右方）の外側端部に取り付けられている。

このため、シャフト９８を手動によって二軸延伸装置１０の外側方向に引っ張ることで、一対のシャッター９２Ａが二軸延伸装置１０の中央部１６を挟んでＸ方向に同時かつ対称に移動する。つまり、一対のシャッター９２Ａのうち、一方のシャッター９２Ａを動かすことで、開口部８８の面積を広げたり狭めたりすることができる。なお、Ｙ方向に移動する一対のシャッター９２Ｂもシャッター９２Ａと同様の構成とされている。

また、二軸延伸装置１０の中央部１６のフィルム１８の下方、及び開口部８８の周囲の下板１３Ａの上方の２箇所には、それぞれ温度センサ１００が設けられている。温度センサ１００は例えば熱電対であり、二軸延伸装置１０内の温度、すなわちフィルム１８に吹き付ける熱風の温度や二軸延伸装置１０の下板１３Ａの温度を検出する。さらに、二軸延伸装置１０の下板１３Ａの下方には、ヒータブロック１０２が内蔵されており、ヒータブロック１０２により開口部８８の周囲の温度が調整可能とされている。

（延伸方法）
延伸対象物であるフィルム１８を延伸する前の初期状態において、図４Ａに示すように、二軸延伸装置１０の中央部チャック２４及び移動チャック２６、２８は互いに接する初期位置に配置されており、中央部チャック２４及び移動チャック２６、２８の初期間隔が狭くなっている。

二軸延伸装置１０によってフィルム１８を延伸する場合、まず、初期位置に配置されている交差部チャック２０の把持面２０Ｃ、中央部チャック２４の把持面２４Ｃ、及び移動チャック２６、２８の把持面２６Ｃ、２８Ｃによって、フィルム１８の外縁をそれぞれ把持する。

そして、モータ８２を駆動してバー駆動プーリ４０Ａ、第１チャック駆動プーリ５６Ａ、第２チャック駆動プーリ７６Ａを同時に回転させることで、バー駆動ベルト３６、第１チャック駆動ベルト５２、及び第２チャック駆動ベルト７２を同時かつ異なる速度で駆動させる。

ここで、Ｙ方向バー１４（又はＸ方向バー１２）、第１移動バー４６、及び第２移動バー６６はそれぞれバー駆動ベルト３６、第１チャック駆動ベルト５２、及び第２チャック駆動ベルト７２に固定されている。このため、Ｙ方向バー１４（又はＸ方向バー１２）、第１移動バー４６、及び第２移動バー６６は、各駆動ベルト３６、５２、７２とともに長手方向に直交する方向（広がる方向）に移動する。

また、このとき、中央部チャック２４は、Ｘ方向バー１２又はＹ方向バー１４とともに、Ｘ方向バー１２又はＹ方向バー１４と直交する方向に移動する。交差部チャック２０はＸ方向バー１２の長手方向、及びＹ方向バー１４の長手方向にそれぞれ移動する。

また、移動チャック２６は、Ｘ方向バー１２又はＹ方向バー１４の長手方向、及び第１移動バー４６の長手方向に、それぞれ交差部チャック２０の移動速度より遅い速度で移動する。同様に、移動チャック２８は、Ｘ方向バー１２又はＹ方向バー１４の長手方向、及び第２移動バー６６の長手方向に、それぞれ交差部チャック２０の移動速度より遅く、かつ移動チャック２６の移動速度より速い速度で移動する。

中央部チャック２４が移動する際に、中央部チャック２４に生じる引張応力を応力検出センサ２５で検出し、引張応力が所望の数値となるようにモータ８２の回転数を制御しながらフィルム１８を二軸方向に延伸していくことにより、フィルム１８を図４Ａに示す初期状態から図４Ｂに示す延伸状態へと延伸することができる。また、この際、モータ８２の回転速度を制御することにより、フィルム１８の延伸速度を制御することができる。

なお、各チャック２０、２４、２６、２８によってフィルム１８を延伸する際、加熱手段９０によってフィルム１８の外縁以外の部分を加熱する。具体的には、図４Ａ、図４Ｂに示すように、開口部８８の開口面積が常にフィルム１８の大きさより小さくなるように、シャッター９２Ａ、９２Ｂによって開口部８８の開口面積を変えながらフィルム１８を延伸する。これにより、加熱手段９０の孔９０Ａの露出範囲や露出数を調整し、フィルム１８の加熱範囲を調整することができる。

（作用及び効果）
本実施形態によれば、井桁状に配置されたＸ方向バー１２及びＹ方向バー１４に交差部チャック２０、中央部チャック２４、及び移動チャック２６、２８が取り付けられている。また、移動チャック２６、２８を移動させる第１移動バー４６と第２移動バー６６とが、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４の下方において互いに異なる高さに設けられている。

このため、同一方向に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６とが干渉せず、フィルム１８を把持する際に、二軸延伸装置１０の中央部チャック２４及び移動チャック２６、２８を互いに接する位置に配置することができる。したがって、パンタグラフ機構を利用してチャックの間隔を調整する構成と比較して、各チャック２０、２４、２６、２８の初期間隔を狭くすることができるため、フィルム１８の初期の大きさを小さくすることができ、フィルム１８の延伸比を大きくすることができる。

具体的には、フィルム１８の初期の大きさを６０ｍｍ四方程度とすることができ、延伸限界が１．２ｍ四方程度であるため、延伸比を２０倍程度とすることができる。これにより、フィルム１８が高価な材料である場合でも材料費を削減することができるとともに、高倍率延伸時のフィルム１８の機械的特性を調べることが可能となる。

また、本実施形態によれば、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４をバー駆動手段３０によって移動させ、第１移動バー４６及び第２移動バー６６を第１チャック駆動手段３２及び第２チャック駆動手段３４によって移動させることで、フィルム１８を二軸方向に延伸することができる。このため、パンタグラフ機構を利用してチャックの間隔を調整する構成と比較して、二軸延伸装置１０の構造が単純となり、製造コストを削減することができる。

また、各駆動手段３０、３２、３４をそれぞれ同時かつ異なる速さで駆動することで、交差部チャック２０、中央部チャック２４、及び移動チャック２６、２８のそれぞれの間隔を一定にすることができる。このため、第１移動バー４６及び第２移動バー６６が設けられていない構成と比較して、フィルム１８の外縁に沿った伸び率を一定にすることができる。

この場合、Ｘ方向バー１２及びＸ方向バー１２と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６、及び、Ｙ方向バー１４及びＹ方向バー１４と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６、の双方を同時に移動させることにより、Ｘ方向とＹ方向に同時二軸延伸することが可能である。

あるいは、Ｘ方向バー１２及びＸ方向バー１２と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６を固定し、Ｙ方向バー１４及びＹ方向バー１４と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６を移動させることにより、Ｘ方向のみに幅拘束延伸することが可能である。さらに、その後、Ｙ方向バー１４及びＹ方向バー１４と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６を固定し、Ｘ方向バー１２及びＸ方向バー１２と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６を移動させることにより、Ｙ方向のみに幅拘束延伸すれば、逐次二軸延伸することが可能である。

これらの同時二軸延伸、幅拘束延伸、及び逐次二軸延伸における、Ｘ方向バー１２（及びＸ方向バー１２と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６）の移動、及びＹ方向バー１４（及びＹ方向バー１４と平行に延びる第１移動バー４６と第２移動バー６６）の移動の選択、及び順序や繰り返し回数は任意である。また、これらの場合、Ｘ方向とＹ方向のフィルム１８の伸び率は、同じであっても良いし、異なっていてもよい。

なお、各駆動プーリ４０Ａ、７６Ａ、５６Ａを同一のモータ８２で駆動するため、各駆動プーリ４０Ａ、７６Ａ、５６Ａをそれぞれ別のモータで駆動する構成と比較して、モータ８２の数を減らすことができる。また、各駆動プーリ４０Ａ、７６Ａ、５６Ａの径の比率、すなわち減速比を調整することで、交差部チャック２０、中央部チャック２４、及び移動チャック２６、２８の間隔の比率を一定にすることができる。

また、本実施形態によれば、シャッター９２Ａ、９２Ｂによって開口部８８の開口面積を変えて加熱手段９０によるフィルム１８の加熱範囲を調整し、フィルム１８の中心部分のみを加熱し、外縁部分を加熱しないようにしている。このため、フィルム１８の中心部分を加熱によって軟化させて延伸し易くするとともに、各チャック２０、２４、２６、２８で把持されたフィルム１８の外縁部分が軟化して局所的に延伸されることを抑制することができる。

さらに、各チャック２０、２４、２６、２８の把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃが円形状とされているため、把持面が角部を有する形状とされている構成と比較して、フィルム１８に局所的な応力が生じ難く、フィルム１８を傷つけることなく延伸することができる。また、把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃに係止される係止突起等を予めフィルム１８の外縁に設けておく必要がないため、厚みが均一な通常の平板状のフィルム１８を、延伸対象物として用いることができる。

加えて、各チャック２０、２４、２６、２８の把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃがフィルム１８の最外縁より内側を把持可能とされているため、フィルム１８の最外縁に、フィルム１８の中心部分より厚さが厚く、かつ各チャック２０、２４、２６、２８間の形状が円弧状あるいは直線状とされた額縁部１８Ａを形成することができる。

このため、フィルム１８の最外縁の強度を保つことができ、最外縁が裂けることを抑制することができる。また、フィルム１８の最外縁が把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃからすり抜けること（いわゆるチャック抜け）を抑制することができる。

なお、各チャック２０、２４、２６、２８の把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃの外周部と、フィルム１８の延伸前の最外縁との距離は、最も狭いところでも２ｍｍ以上であることが望ましく、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。この距離が２ｍｍ以下であると、フィルム１８の延伸後に十分な額縁部１８Ａが形成することができない。このため、フィルム１８の最外縁の強度を保つことができず、最外縁が裂け易くなる。また、フィルム１８の最外縁が把持面２０Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、２８Ｃからすり抜け易くなる。

また、本実施形態によれば、中央部チャック２４に応力検出センサ２５が取り付けられているため、検出された中央部チャック２４に生じる引張応力、すなわちフィルム１８に生じる引張応力に応じてモータ８２の回転数を制御し、フィルム１８の延伸速度を調整することができる。

ここで、例えば上述の特開２００４−１７３６７号公報や特開２００５−２５４７７８号公報のように、把持具やピンがパンタグラフ機構や保持レールの長手方向に直交する方向に対して移動不可能とされている構成の場合、把持具やピンに応力検出センサを取り付けたとしても、１つの把持具やピンに生じる応力を独立して検出することはできない。すなわち、パンタグラフ機構や保持レールに連結された複数の把持具やピンの全体に生じる応力が検出されてしまうため、延伸対象物に生じる応力を正確に検出することができない。

一方、本実施形態の二軸延伸装置１０では、中央部チャック２４は、載置されたＸ方向バー１２又はＹ方向バー１４の長手方向に直交する方向に対して僅かに移動可能に取り付けられている。このため、中央部チャック２４に生じる応力のみを独立して検出することができ、フィルム１８に生じる応力をより正確に検出することができる。これにより、本実施形態の二軸延伸装置１０は、二軸延伸されたフィルム１８を製造する他、二軸延伸過程におけるフィルム１８に生じる応力の測定装置（試験機）としても好適に利用することができる。

（その他の実施形態）
なお、本開示について実施形態の一例を説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

例えば、上記実施形態では、交差部チャック２０のシリンダー１０８内、中央部チャック２４のシリンダー１１０内、及び移動チャック２６、２８のシリンダー１０４内に、それぞれ供給チューブ２１、２３、２７、２９を通じて圧縮空気が供給されていた。しかし、供給チューブ２１、２３、２７、２９を通じて窒素ガスやアルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを供給してもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ方向バー１２及びＹ方向バー１４に交差部チャック２０、中央部チャック２４、及び移動チャック２６、２８がそれぞれ設けられていた。しかし、交差部チャック２０及び中央部チャック２４を設けずに移動チャック２６、２８のみでフィルム１８の外縁を把持する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、交差部チャック２０と中央部チャック２４との間にそれぞれ２つの移動チャック２６、２８が設けられていたが、移動チャックの数は上記実施形態には限られず、１つずつ、又は３つ以上ずつ設けられていてもよい。なお、このとき、第２駆動手段（第１チャック駆動手段３２、第２チャック駆動手段３４）の数も、移動チャック２６、２８の数に合わせて増減する。

また、上記実施形態では、Ｘ方向バー１２、Ｙ方向バー１４、第１移動バー４６、及び第２移動バー６６を各駆動ベルト３６、５２、７２で移動させる構成としていた。しかし、各駆動プーリ４０Ａ、７６Ａ、５６Ａの回転を、Ｘ方向バー１２、Ｙ方向バー１４、第１移動バー４６、及び第２移動バー６６に安定的に伝えることができる構成であれば、チェーンやワイヤ等の他の駆動手段を用いてもよい。

また、上記実施形態では、二軸延伸装置１０の下方に加熱手段９０を設け、加熱手段９０によってフィルム１８の下面に熱風を吹き付ける構成としていた。しかし、二軸延伸装置１０の上方に加熱手段を設け、加熱手段によってフィルム１８の上面に熱風を吹き付ける構成や、二軸延伸装置１０の上方及び下方の双方に加熱手段を設け、加熱手段によってフィルム１８の両面に熱風を吹き付ける構成としてもよい。

また、温度センサ１００の位置や数も加熱手段９０の位置に応じて適宜定めることができ、例えばフィルム１８の上方でフィルム１８に吹き付ける熱風の温度を検出するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、シャッター９２Ａ、９２Ｂが手動でシャフト９８を引っ張ることで開閉可能とされていた。しかし、シャッター９２Ａ、９２Ｂの駆動機構は上記実施形態には限られず、例えばシャッター９２Ａ、９２Ｂに駆動レバーを接続し、駆動レバーを手動で操作することによってシャッター９２Ａ、９２Ｂを開閉させてもよい。あるいは、シャッター９２Ａ、９２Ｂに電動モータを接続し、電動モータの回転を制御することによってシャッター９２Ａ、９２Ｂを開閉させてもよい。

また、延伸対象物として樹脂製のフィルム１８を用いていたが、延伸対象物は樹脂製に限られず、どのような材料を用いてもよい。なお、フィルム１８の樹脂材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等が挙げられる。

２０１６年１１月１０日に出願された日本国特許出願２０１６−２１９４８７の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (6)

1. 井桁状に配置され、井桁の中央部が方形状の延伸対象物の設置場所とされるＸ方向バー及びＹ方向バーと、
   前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの長手方向に移動可能に取り付けられ、前記延伸対象物の外縁を把持可能な複数の移動チャックと、
   前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーを長手方向と直交する方向に移動させる第１駆動手段と、
   前記移動チャックを前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの長手方向へそれぞれ移動させる第２駆動手段と、
   を有する二軸延伸装置。
2. 前記Ｘ方向バーと前記Ｙ方向バーとの交差部に設けられ、前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの長手方向に移動可能に取り付けられ、前記延伸対象物の角部を把持可能な交差部チャックと、
   前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの長手方向中央部に取り付けられ、前記延伸対象物の外縁の中央部を把持可能な中央部チャックと、
   を有し、
   前記移動チャックは、前記交差部チャックと前記中央部チャックとの間に設けられ、前記延伸対象物の外縁の中央部と角部との間を把持可能とされており、
   前記第２駆動手段は、前記第１駆動手段と同期して、前記移動チャックを前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーより遅い速度で移動させる、
   請求項１に記載の二軸延伸装置。
3. 前記第１駆動手段は、
   前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーとそれぞれ直交する方向に配置された第１駆動ベルトと、
   前記第１駆動ベルトに前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの両端部をそれぞれ固定する第１固定部と、
   を有し、
   前記第２駆動手段は、
   前記移動チャックから下方に垂下する縦部材と、
   前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの下方にそれぞれ設けられ、前記Ｘ方向バー又は前記Ｙ方向バーと直交する方向に延びる移動バーと、
   前記縦部材の下端部を前記移動バーの長手方向へ移動可能に取り付けるホルダと、
   前記移動バーと直交する方向に配置された第２駆動ベルトと、
   前記第２駆動ベルトに前記移動バーの両端部をそれぞれ固定する第２固定部と、
   を有し、
   前記第１駆動ベルトが巻き掛けられた第１駆動プーリと、前記第２駆動ベルトが巻き掛けられ、前記第１駆動プーリより小径の第２駆動プーリとに、同一のモータから駆動力が伝達される、
   請求項１又は２に記載の二軸延伸装置。
4. 前記Ｘ方向バー及び前記Ｙ方向バーの前記中央部に形成された開口部と、
   前記開口部の開口面積を可変とするシャッターと、
   前記開口部から前記延伸対象物の片面又は両面に熱風を吹き付ける加熱手段と、
   を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二軸延伸装置。
5. 前記交差部チャック、前記中央部チャック、及び前記移動チャックの把持面は、円形状とされ、前記延伸対象物の最外縁より内側を把持可能とされている、請求項２に記載の二軸延伸装置。
6. 前記中央部チャックには、前記中央部チャックに生じる引張応力を検出する応力検出センサが取り付けられている、請求項２又は５に記載の二軸延伸装置。