KR101866612B1 - 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

어떠한 종류의 박막 형상의 합성 수지제 시트나 필름이라도 미세한 기어 마크의 표출을 저지할 수 있는 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치를 제공한다. 2개의 드럼(11, 12)간에 걸쳐져 일 방향으로 구동 회전하는 금속제 무단 벨트(13)의 외측 표면(13a)의 일부에 대향하여 배치되고, 상기 외측 표면의 일부에 수지 용액을 캐스트하는 캐스팅 다이(14)의 수지 용액 유연구(14a)와, 금속제 무단 벨트를 사이에 두고 상대하여 배치되는 금속제 무단 벨트(13)의 이면을 직접 지지하는 백업 롤(19)을 구비한, 소위, 싱글 벨트 캐스팅 머신에 관한 것이다. 상기 백업 롤의 외주면에 고무 라이닝층이 배치되어 있다.

Description

합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치{DEVICE FOR MANUFACTURING SYNTHETIC RESIN THIN FILM-SHAPED SHEET}

본 발명은, 금속제 무단 벨트에 캐스트한 수지 용액을 고화(固化)하여 합성 수지제 박막 형상 시트를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 소요의 간격을 두고 수평 방향으로 배치된 일 방향으로 구동 회전하는 2개의 롤간에 걸쳐진 금속제 무단 벨트의 외측 표면에, 합성 수지를 용매에 용해하여 얻어지는 수지 용액을 캐스트하고, 회전하는 금속제 무단 벨트의 외측 표면 상에서 용매를 증발시켜 박막 형상의 합성 수지제 시트를 성형 고화하는 용액 유연법에 의한 박막 형상 시트의 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 필름 등을 포함하는 박막 형상 시트는, 용액 유연법, 캘린더법 및 익스트루전법의 3종류의 방법에 의해 주로 제조되고 있다. 그 중 상기 용액 유연법은, 통상, 벨트 캐스팅 머신이라 하는 박막 형상 시트 성형기에 적용된다. 구체적으로는, 한 쌍의 구동 드럼과 종동 드럼 사이에 금속제 무단 벨트를 걸쳐 일 방향으로 회전시키는 동안에, 금속제 무단 벨트의 외측 표면의 소정 부위에 캐스팅 다이의 슬릿 형상 유연구로부터 박막 형상 시트 형상의 수지 용액을 유연시켜 금속제 무단 벨트의 외측 표면에 밀착시켜 이송하고, 그 이송의 동안에 용매를 제거하여 고화한 후, 금속제 무단 벨트로부터 박리 롤을 가지고 박리하고, 이후의 처리 공정으로 송출함으로써 합성 수지제의 박막 형상 시트를 제조한다.

상기 벨트 캐스팅 머신에는, 단일의 금속제 무단 벨트를 사용하는 싱글 벨트 캐스팅 머신과, 상하 2단에 배치된 한 쌍의 금속제 무단 벨트를 사용하는 더블 벨트 캐스팅 머신의 2종류가 있다. 어느 벨트도 외측 표면에 존재하는 핀 홀이나 미소한 흠집을 배제하여 표면 조도를 낮게 하기 위해 경면 가공이 실시된다. 특히 싱글 벨트 캐스팅 머신에서는, 금속제 무단 벨트의 외측 표면의 제조되는 박막 형상 시트의 표면에의 전사가 보다 고도로 이루어지도록, 통상은 초경면 가공이 이루어지고 있다. 그 초경면이 필름이나 박막 형상 시트에 전사되므로, 극히 투명도가 우수한 고품질의 제품이 얻어진다. 이들 벨트 캐스팅 머신을 사용한 용액 유연법에 의해 성형되는 필름 등의 박막 형상 시트에는, 외부로부터 각별히 물리적인 장력이나 압박력이 가해지지 않으므로, 고분자에 배향이 발생하지 않고, 강도에 방향성을 부여하지 않는다. 또한, 익스트루전법과 비교하면, 수지에 사용되는 열량도 적고, 열 안정제 등의 첨가량을 저감할 수 있고, 투명성이 높은 박막 형상 시트가 성형 가능하다. 단, 확실하게 용매를 제거하기 위해서는 얇은(박막 형상 시트) 것이 요구되고, 그 성형 가능한 막 두께는 10∼250㎛ 정도인 것이 바람직하다.

이러한 우수한 특성을 갖는 필름 등의 박막 형상 시트는, 재질이 다르면 반드시 용액 유연법에 의존해야 한다고 하는 것은 아니지만, LCD(액정 디스플레이), PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 등의 플랫 디스플레이 패널용의 광학 필름이나, 내후성 실(seal), 도전성 필름, 프린트 배선 기판용 필름, 각종 전사 필름 등의 기능성 필름은, 다른 일반적인 필름류와 비교한 경우, 극히 높은 품질과 정밀도가 요구되므로, 그 공정 관리 및 품질 관리도 필연적으로 복잡화되고 번잡화된다. 특히, 상기 플랫 디스플레이 패널용의 광학 필름은, 종래의 패널의 대형화를 추구하는 것 대신에, 최근의 소형화된 휴대 정보 단말기에 대한 급격한 수요 증가에 대응하기 위해, 가일층의 고품질화를 도모하는 것이 요구되고, 동시에 비용의 저감과 대량 생산의 필요성에 직면하고 있다. 이러한 다양한 요구에 따르기 위해, 종래도 여러 가지 고안이 이루어져 있다.

예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평9-29767호 공보(특허문헌 1)에 따르면, 싱글 캐스팅 벨트 머신에 있어서, 금속제 무단 벨트를 사이에 두고 캐스팅 다이의 수지 용액 유연구와 대향하는 벨트 위치의 벨트 내측 표면에 접촉하여 벨트를 내측으로부터 지지하는 백업 롤을 배치함과 함께, 동 백업 롤의 벨트 회전 방향 전후에 인접하여 배치되고, 벨트 내측 표면에 접촉하는 제진용 롤을 배치하고 있다. 이 제진용 롤의 외주면에는 고무층이 형성되어 있다.

일반적으로, 싱글 캐스팅 벨트 머신에서는, 벨트를 사이에 두고 상하로부터 건조용 또는 냉각용의 기체를 분출시키고 있고, 그 기체의 분출에 의해 금속제 무단 벨트가 진동하고, 이 진동이 소직경 롤인 백업 롤에도 전달되어 미소한 상하의 진동을 부여하고, 수지 용액을 균일한 두께의 박막 형상으로 도포하는 것을 곤란하게 한다. 따라서, 특허문헌 1에 따르면, 백업 롤의 벨트 진행 방향 전후에, 전술한 바와 같은 제진용 롤을 배치함으로써, 고무층에서 미소한 진동을 흡수하여 백업 롤과 제진용 롤 사이의 벨트의 진동을 억제하고, 백업 롤에 직접 지지되는 금속제 무단 벨트 위치의 외측 표면에 대한 캐스팅을 고정밀도로 행하는 것을 가능하게 한 것이다.

또한, 예를 들어 일본 특허 제3544314호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 제3589062호 공보(특허문헌 3), 일본 특허 제4232258호 공보(특허문헌 4)에 따르면, 싱글 캐스팅 벨트 머신에 있어서, 캐스팅 다이의 슬릿 형상의 수지 용액 유연구에 인접하여 배치되고, 슬릿 형상의 수지 용액 유연구로부터 캐스팅되는 수지막에 정압 및／또는 부압 기체를 작용시켜, 수지막을 벨트 표면에 밀착시키는 수지막 밀착 장치를 설치함과 함께, 상기 수지막이 밀착하는 금속제 무단 벨트의 수지 착지점의 이면 위치에 무단 벨트를 직접 지지하는 서포트 롤(백업 롤)을 배치하고 있다.

특허문헌 2에 있어서의 수지막 밀착 장치는, 벨트의 표면에의 수지막의 착지점보다도 상류측에 감압 장치를 배치함과 함께, 상기 착지점보다도 하류측에 가압 장치를 배치하고, 상기 백 롤에 지지되어 있는 상기 무단 벨트 표면 위치에 수지막을 전체 폭에 걸쳐 밀착시키는 것이다. 특허문헌 3에 있어서의 밀착 장치는, 벨트 표면에의 수지막의 착지점보다도 상류측에 배치된, 흡인 수단의 부압 압력, 금속제 무단 벨트의 주행 속도, 그 주행 속도에 따른 벨트와 슬릿 형상 유연구의 선단 사이의 거리를, 소정의 관계식을 만족하도록, 각각에 설치된 조절 수단을 사용하여 조절하고, 비정기적으로 불특정한 장소에 발생하는 공기 유입이나 주름의 발생을 방지하려고 하는 것이다.

또한 특허문헌 4에 따르면, 상기 흡인 수단을 갖는 싱글 캐스팅 벨트 머신에 있어서, 흡인 수단의 흡인 면적, 주행 벨트의 벨트 장력, 벨트 폭, 흡인 압력, 벨트를 지지하는 서포트 롤로부터 흡인력 작용점까지의 벨트의 프리 스팬 길이, 벨트 자중 및 미리 설정된 벨트의 허용 부상량(상수)을, 각각 적절히 설정하고, 미리 부여된 소정의 관계식을 만족하도록 각 설정량을 조정함으로써, 흡인 수단에 의한 벨트의 부상을 억제하고, 벨트가 흡인 수단이나 구금(口金)에 접촉하는 것을 방지하고 있다. 특히 흡인 면적을 감소시킴으로써 벨트의 부상량을 허용값 이내로 하면서, 흡인 압력을 올리는 것을 가능하게 하여, 그에 의해 캐스트 속도의 향상, 즉, 안정된 원하는 캐스트 상태를 얻을 수 있는 상한 속도를 올리는 것을 가능하게 하고 있다.

또한, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2003-1654호 공보(특허문헌 5)에 따르면, 상술한 바와 같은 싱글 캐스팅 벨트 머신에 있어서, 백업 롤이 1회전하는 동안의 무단 벨트와의 사이의 상하 방향 변동량을 100㎛ 이하로 하고, 동시에 백업 롤의 표면 거칠기를 최대 높이 Rmax로 0.2∼1.2㎛로 하고, 무단 벨트의 이면의 표면 거칠기를, 표면 거칠기 Ra로 3∼100㎛로 하는 것이 바람직하다고 하고 있다. 또한, 이 특허문헌 5에 따르면, 수지 용액 유연부에 있어서 무단 벨트를 지지하는 백업 롤의 주위면에 파장 400㎚의 광을 투사하였을 때의 반사율을, 오염물이 부착되어 있지 않은 상태의 반사율을 100％로 하여 80％ 이상으로 유지한다. 그로 인해, 부직포를 사용하여 백업 롤 주위면의 청소를 행한다. 이러한 수단을 강구함으로써, 무단 벨트의 미소 진동을 억제하고, 제조되는 필름의 막 두께 변동을 작게 하도록 하고 있다.

일본 특허 출원 공개 평9-29767호 공보 일본 특허 제3544314호 공보 일본 특허 제3589062호 공보 일본 특허 제4232258호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-1654호 공보

상기 특허문헌 1∼5에 의해 제안되어 있는 기술에 대해 보면, 각각이 들고 있는 작용 효과가 유효하게 발휘될 것인 것은 용이하게 이해할 수 있지만, 최근의, 특히 광학 필름 혹은 기능성 필름이라 하는 제품에 대한, 가일층의 박막 형상화와 고품질화가 요구되는 가운데, 그들 요구에 대해 충분히 견딜 수 있기 위해서는, 각 특허문헌 1∼5에 개시된 단독의 기술만으로는 도저히 실현하는 것은 불가능하고, 현상은, 그들 기술을 어떻게 선택하여 조합할지가 가장 중요한 과제로 된다. 또한, 동시에 상기 종래의 기술에 있어서도, 각각에 여전히 아직 해결되지 않은 과제 등이 많이 남겨져 있어, 앞으로도 이들 과제의 탐구와 해소를 끊임없이 계속해 갈 필요가 있다.

그러한 사정하에서, 상술한 각 특허문헌 1∼5에 의한 제안을 따른 수많은 실험을 거듭함과 함께, 여러 가지 탐구와 검토를 거듭하는 도중에 있어서, 광학 필름이나 기능성 필름용의 일반적인 싱글 캐스팅 벨트 머신을 사용하여 얻어지는 박막 형상 시트에는, 지금까지 알아차리지 못한 극히 미소한 마크가 발현되고 있는 것을 발견하였다. 또한, 이 미소한 마크는, 예를 들어 상기 특허문헌 1에 개시된 제진 롤을 사용한 싱글 캐스팅 벨트 머신에 의해 얻어지는 필름에도 발현되는 것이 실증되었다. 그 모양은, 구체적으로 일견한 것만으로는 간과해 버리는 필름 폭 방향에 평행하여 연장되고, 필름 길이 방향으로 단 형상으로 배열된 미소한 얇은 모양이며, 소위 「기어 마크」라 하는 모양의 1종인 것이 확인되었다.

이 마크를 시인하기 위해서는, 예를 들어 박막 형상 시트의 금속제 무단 벨트의 초경면 가공면과 상대하는 측의 면을, 지석을 사용하여 벨트 폭 방향으로 비스듬히 가볍게 문지름으로써, 상기 기어 마크가 벨트 길이 방향으로 소정의 피치를 갖는 줄 형상 모양으로서 단 형상으로 부상해 온다. 이러한 미세하며 직접적으로는 육안으로 보기 어려운 모양이라도, 특히, 상술한 바와 같은 극히 높은 품질과 대형화가 요구되고, 또한 100㎛ 이하의 막 두께가 요구되는 광학 필름이나 기능성 필름 등에 있어서는 치명적인 결함으로 된다. 이 기어 마크의 배제야말로, 가장 긴급하게 해결해야 하는 과제이다.

본 발명은, 상기 기어 마크의 발생 요인을 다각적으로 분석하고, 그 발생 요인을 밝혀내어 배제하기 위해 이루어진 것이며, 어떤 종류의 박막 형상 시트나 필름이라도 줄 형상의 미세한 기어 마크의 발현을 저지할 수 있는 박막 형상 시트의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은, 상기 줄 형상의 미세한 기어 마크가 어떻게 하여 발현되는 것인지, 그 원인을 찾기 위해 수많은 검토와 실험을 거듭하였다. 예를 들어, 백업 롤의 벨트 주행 방향의 전후에 제진용 롤을 배치한 상기 특허문헌 1에 개시된 싱글 벨트 캐스팅 머신을 사용하여, 두께가 150㎛인 PC(폴리카보네이트)제 박막 형상 필름을 제조한 바, 여전히 전술한 기어 마크의 발현이 확인되었다. 이것은, 특허문헌 1에 개시된 제진용 롤의 존재만으로는, 상기 기어 마크를 배제할 수 없는 것을 의미한다. 이러한 실험을 거듭하는 가운데, 우연이기는 하지만, 상기 기어 마크를 발현시키는 요인이, 상기 금속제 무단 벨트의 이면의 형상에 있는 것을 밝혀냈다. 즉, 금속제 무단 벨트의 이면에 연삭이 이루어지고, 벨트 길이 방향의 요철 피치가 10㎜ 이하로, 상하 높이 방향으로 1㎛ 정도의 높이를 갖는 미소한 요철면이 형성되어 있는 것이, 상기 기어 마크를 발생시키는 가장 큰 요인으로 되어 있는 것을 알 수 있었다.

그런데, 상기 백업 롤의 직경은 일반적으로 200∼500㎜이며, 그 주위면을 금속제 무단 벨트의 이면에 접촉시켜 벨트를 직접 지지한다. 그로 인해, 그 주위면의 평활도와 진원도를 고도로 마무리하기 위해, 롤 주위면에는 30∼50㎛의 두께로 이루어지는 경질 크롬 도금이 이루어진 후, 연마 마무리하여 표면 조도 Ry를 0.6∼0.8㎛로 하고 있다. 이와 같이, 종래의 싱글 캐스팅 벨트 머신에 있어서는, 캐스팅 다이에 있어서의 수지 용액의 유연구로부터 유연하는 수지막의 벨트 상의 착지점의 이면 위치에 백업 롤을 배치하여, 금속제 무단 벨트를 이면으로부터 직접 지지하는 것을 전제로 하고 있다. 이 전제에 앞서, 백업 롤 자체의 진동을 최대한 배제하여, 금속제 무단 벨트에의 영향을 피하기 위해서는, 그 회전 지지부로부터 발생하는 진동도 포함하여, 그 주위면의 평활도 및 진원도를 높게 마무리하고, 백업 롤 주위면으로 벨트 이면을 직접 지지하도록 설계되어 있었다.

그런데, 현실에는, 이 경질 크롬 도금과 연마 마무리에 의해 정교하게 마무리된 백업 롤이라도, 베어링부의 백래시, 끼워 맞춤 정밀도, 벨트 판 두께의 편차, 벨트 이면의 요철의 크기 등에 의해 진동이나 흔들림이 발생하고, 이들 값을 규정값 이하로 억제하지 않는 한, 백업 롤에 의한 벨트 지지부에 있어서의 벨트 진동을 완전히 배제할 수 없다. 이들 진동의 발생 요인은, 어느 것에 대해서도 고정밀도의 가공을 주의하면 어느 정도 배제할 수 있는 것으로 생각된다. 그러나, 이를 위해서는 상당한 비용의 증가를 각오할 필요가 있다. 특히, 상기 요인 중, 금속제 무단 벨트의 이면의 요철에 대해, 그 표면과 마찬가지로, 이면에도 초경면 가공을 하면 진동을 저지할 수 있는 것은 확실한 것으로 하고 있지만, 그것에 필요로 하는 비용의 증가를 생각하면 실현시키는 것은 어렵다.

또한, 상술한 바와 같이, 금속제 무단 벨트를 백업 롤의 금속 표면으로 직접 지지하면, 예를 들어 금속제 무단 벨트의 이면에, 극히 미소한 요철면이 형성되어 있는 경우에는, 그 요철면에 기초하여 금속제 무단 벨트에 진동이 발생하고, 그 진동이, 유연구로부터 벨트 상의 착지점에 캐스트되는 수지막의 두께에 영향을 미치고, 상술한 바와 같이 기어 마크를 형성하는 것이 실증되어 있다. 즉, 상기 기어 마크는, 금속제 무단 벨트를 고경도의 평활한 금속면을 갖는 백업 롤에 의해 직접 지지하면, 동 백업 롤에 의해 지지된 금속제 무단 벨트의 지지 통과면에 형성된 미소한 요철면에 의해, 금속제 무단 벨트에 미소한 진동이 발생하고, 이 진동이 기인으로 되어, 수지 용액의 유연구로부터 벨트 표면에 캐스트되는 박막 형상 시트에 극히 미세한 기어 마크가 형성된다.

본 발명자들은, 이 점에 착안하고, 가일층의 검토와 실험을 거듭한 결과, 상기 백업 롤에 직접 접촉하는 금속제 무단 벨트와의 접촉점에서 독자적으로 발생하는 미소한 진동을, 백업 롤 자체에서 흡수 제거하는 것을 생각하는 것에 이르렀다. 이와 같이 백업 롤 자체에서 금속제 무단 벨트에 발생하는 진동을 흡수 배제시킨다고 하는 생각은, 백업 롤 자체의 구조와 그 주변 지지부의 구조를 고정밀도로 제작하고, 백업 롤 자체의 진동 자체를 없애고, 금속제 무단 벨트의 진동을 배제하고자 하는 종래의 발상을 완전히 뒤엎는 것이며, 일반적으로는 상식 밖의 발상이다. 이러한 생각을 기초로 하여 이하에 서술하는 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 기본 구성은, 2개의 드럼 사이에 걸쳐져 일 방향으로 구동 회전하는 금속제 무단 벨트와, 상기 금속제 무단 벨트의 외측 표면의 일부에 대향하여 배치되고, 당해 표면에 수지 용액을 캐스트하는 캐스팅 다이와, 금속제 무단 벨트를 사이에 두고 캐스팅 다이와 대향하는 금속제 무단 벨트의 수지 착지점의 이면 위치에 배치되고, 금속제 무단 벨트의 이면을 지지하는 백업 롤과, 당해 백업 롤의 벨트 회전 방향 전후에 배치된 복수의 벨트 안내 지지 롤을 구비하고 있고, 상기 금속제 무단 벨트의 외측 표면에 초경면 가공이 이루어지고, 상기 금속제 무단 벨트의 이면측 표면에는 연삭 가공 또는 압연 가공이 이루어지고, 상기 백업 롤의 외주면에 고무층이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치에 의해 효과적으로 달성된다.

바람직한 형태에 따르면, 상기 고무층이 고무 라이닝층이며, 또한 상기 금속제 무단 벨트의 적어도 상기 외측 표면에 초경면 가공이 이루어져 있으면 좋다. 이 경우, 금속제 무단 벨트의 이면에 대해서도 초경면 가공을 할 수는 있지만, 본 발명의 싱글 벨트 캐스팅 머신에 있어서는, 금속제 무단 벨트의 이면측 표면에 각별한 가공을 가하지 않고, 종래의 연삭 가공이나 압연 마무리에 그쳐, 비용면의 부담을 경감한다.

특히, 제조하는 박막 형상 시트에 경면을 충실하게 전사하기 위해서는, 상기 금속제 무단 벨트의 적어도 상기 외측 표면에 초경면 마무리를 하는 것이 바람직하고, 백업 롤의 주위면에 형성되는 상기 고무층의 경도는 JIS K6253 A60°∼A80°인 것이 바람직하다. 이 고무층의 재질은 내열성, 내마모성, 내약품성의 관점에서, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 우레탄 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 중 어느 하나로부터 선택된다. 또한, 상기 금속제 무단 벨트의 초경면 가공이 이루어진 측과는 반대측의 연삭 가공 또는 압연 가공이 이루어진 이면측 표면의 요철면은, 벨트 길이 방향의 요철 피치가 10㎜ 이하, 그 요철 높이가 1㎛ 정도 예컨대, 1.5㎛ 이하로 되어, 보다 효과적으로 박막 형상 필름 표면에 표출되는 기어 마크의 발현이 저지된다.

본 발명의 싱글 캐스팅 벨트 머신에 따르면, 수지 용액을 캐스트하는 수지 용액 유연구의 착지 위치에 있어서 금속제 무단 벨트의 이면을 지지하는 백업 롤의 주위면에 고무층을 배치함으로써, 연마 또는 연삭에 의해 형성된 금속제 무단 벨트의 이면에 형성되는 벨트 폭 방향으로 연장되고, 벨트 길이 방향으로 단 형상으로 배열되는 미세한 요철면에 기초하여 일정한 미소한 주기로 발생하는 미세한 상하 진동은 전술한 고무층에 의해 효과적으로 흡수되고, 박막 시트에 대한 금속제 무단 벨트의 초경면 가공 표면의 진동을 저감시키고, 수지 시트면에의 전사 시에도 상기 요철면의 영향을 미치지 않고, 줄 형상의 기어 마크가 발현되지 않고, 금속제 무단 벨트의 초경면에 따라 충실한 전사면이 얻어진다.

한편, 백업 롤 자체의 진동에 대해 보면, 이 백업 롤을 아무리 고정밀도로 마무리하였다고 해도, 끼워 맞춤부나, 베어링부, 롤 지지 프레임 등의 설계상의 공차나 오차, 편차 등이 영향을 미치고, 주기적인 진동을 발생시킨다. 이 진동의 주기는 롤 1회전의 길이 단위로 반복되는 큰 진동이다. 나아가서는, 그 후의 실험을 보면, 이 변동에 의한 박막 형상 시트에 발생하는 두께 변동의 값은, 큰 주기로 높이도 높아지는 완만한 커브를 갖는 상하의 변동인 것이 입증되어 있다. 그런데, 일반적으로 말하면, 백업 롤의 직경은, 금속제 무단 벨트를 걸치는 한 쌍의 구동 드럼 및 종동 드럼과 비교하면 소직경이며, 380∼500㎜의 범위 내에 있다. 이것을 금속 무단 벨트의 주행 방향 길이로 환산하면, 120∼157㎝로 되고, 예를 들어 액정 텔레비전으로 말하면, 최근의 대형화된 120㎝를 초과하는 표시 패널의 치수에 충분히 견딜 수 있는 치수이며, 동일한 패널면에서는 백업 롤의 1회전의 동안에 발생하는 롤 주위면의 큰 굴곡으로 이루어지는 요철면의 변동에 의해, 액정 텔레비전 등의 광학적 기기에 대한 품질상에서 큰 영향을 미치는 일은 없다.

그런데, 캐스팅 다이의 수지 용액 유연구와의 사이의 클리어런스는, 통상 2㎜ 이하로 설정되는 경우가 많고, 금속제 무단 벨트의 작은 주기의 진동은 흡수되어도, 큰 주기로 큰 진동이 있으면 벨트와 유연구가 접촉하여 큰 사고로 연결될 가능성이 있다. 따라서, 백업 롤의 주위면에 형성되는 고무 라이닝에는, 라이닝 후에 연마하여 표면의 진동, 진원도, 원통도를 고정밀도로 마무리하면 좋다.

도 1은 본 발명에 있어서의 대표적인 실시 형태를 나타내는 싱글 벨트 캐스팅 머신의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 특징부인 백업 롤에 의한 벨트 지지부를 확대하여 도시하는 측면도이다.
도 3은 한쪽 면이 초경면 가공되고, 다른 면이 연삭 가공된 금속제 무단 벨트의 일부를 모식적으로 도시하는 확대 종단면도이다.
도 4는 주위면 구성이 다른 2종류의 백업 롤 상에 있어서의 속도 30m/min으로 주행하는 금속제 무단 벨트의 소정 주파수대에 있어서의 진동 데이터(FFT 해석값)를 대비하여 나타내는 비교도이다.
도 5는 주위면 구성이 다른 2종류의 백업 롤 상에 있어서의 속도 50m/min으로 주행하는 금속제 무단 벨트의 소정 주파수대에 있어서의 진동 데이터(FFT 해석값)를 대비하여 나타내는 비교도이다.

이하, 본 발명의 대표적인 실시 형태를 도면을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치의 대표적인 실시 형태를 나타내는 싱글 벨트 캐스팅 머신의 전체 구성도이다. 이하의 설명에서는, 광택이나 투명성이 높고, 고급 화장품의 포장이나 광학 필름의 기재로서 사용되는 PC(폴리카보네이트) 필름의 제조 장치를 예로 들어 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서의 박막 형상의 필름이나 시트는 예시하는 PC 필름에 한정되지 않고, 전술한 바와 같이, 폴리이미드(PI), 폴리염화비닐(PVC), 아세테이트, 폴리비닐알코올(PVA) 등의 합성 수지제 필름(시트)이 대상으로 된다.

이 싱글 벨트 캐스팅 머신(1)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 구동 드럼(11) 및 종동 드럼(12)과, 구동 드럼(11)과 종동 드럼(12) 사이에 걸쳐져 회전하는 금속제 무단 벨트(13)와, 금속제 무단 벨트(13)의 외측 표면(13a)의 일부에 벨트 폭 방향으로 연장되는 수지 용액 유연구(14a)를 향해 배치되는 캐스팅 다이(14)와, 캐스팅 다이(14)에 박막 형상 시트(2)의 원액인 수지 용액을 공급하는 기어 펌프(15), 캐스팅 후의 금속제 무단 벨트(13)의 외측 표면(13a)에 밀착하는 박막 형상 시트(2)를 가열하는 가열 장치(16)와, 금속제 무단 벨트(13)와 함께 주회하여 용제의 대부분이 증발 제거된 박막 형상 시트(2)를 금속제 무단 벨트(13)로부터 박리하는 박리 롤(17)과, 금속제 무단 벨트(13)의 이면을 따라 소정의 간격을 두고 배치된 복수의 벨트 안내 지지 롤(18)을 구비하고 있다.

본 발명에 있어서도, 상기 특허문헌 1∼5에 개시된 싱글 벨트 캐스팅 머신과 마찬가지로, 금속제 무단 벨트(13)의 이면측에 있어서 상기 캐스팅 다이(14)의 수지 용액 유연구(14a)와 대향하는 위치에 백업 롤(19)이 배치되어 있다. 단, 본 실시 형태에 있어서의 백업 롤(19)은, 종래의 백업 롤과 같은 표면에 경질의 크롬 도금은 실시되어 있지 않고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 크롬 도금 대신에 롤 주위면에 라이닝에 의한 고무층(20)을 형성하고 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 고무층의 두께는 10㎜, 그 경도는 JIS K6253 A60°∼A80°이며, 백업 롤(19)의 전체 직경은 300㎜로 설정되어 있지만, 본 발명은 이들 값에 한정되는 것은 아니다. 즉, 얻고자 하는 박막 형상 시트의 재질, 시트 두께, 시트 폭, 기타, 사용하는 용매나, 제조 속도, 가열 온도 등 다양한 제조 조건의 변경에 기초하여 적절히 변경된다.

본 실시 형태에 있어서는, 백업 롤(19)의 주위면에 형성되는 고무층의 재질을 불소 고무로 하고 있지만, 전술한 바와 같이, 불소 고무 이외에, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 우레탄 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 등을 사용할 수도 있다. 여기서, 본 발명에 있어서의 박막 형상 시트(2)라 함은 막 두께가 10∼200㎛인 박막 형상 시트를 말하고, 싱글 벨트 캐스팅 머신을 사용하고 합성 수지를 용매에 용해한 수지 용액을 원액으로 하여, 용액 유연법에 의해 제조된다. 시트 재료로 되는 합성 수지제 박막 형상 시트의 재질은, 전술한 바와 같이, 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 아세테이트, 폴리비닐알코올(PVA) 중 어느 하나로부터 선택된다.

각 합성 수지 시트의 대표적인 용도는, PI 시트가 LCD용 및 PDP용의 배향 필름, 프린트 배전판용 필름을 들 수 있고, PC 시트는 LCD용의 위상차 필름이나 내광성 필름, 고급 화장품의 포장용 필름, 냉동 식품의 포장용 필름 등에 사용되고, PVC 시트는 농업 분야나 토목 건축 분야에 있어서의 각종 차수 필름으로서 사용되고, 트리아세테이트 시트는 LCD용 및 PDP용의 반사 방지 필름, LCD용의 편광층 보호 필름이나 시야각 향상 필름으로서 사용되고, PVA 시트는 LCD용의 편광 필름이나 전사 필름으로서 사용된다.

본 실시 형태에 있어서의 상기 금속제 무단 벨트(13)에는, 소정의 길이와 폭을 갖는 SUS304, SUS316 등의 오스테나이트 스틸제의 박판이 사용되고, 벨트의 재질로서, 상기 오스테나이트 스틸 이외에, 마르텐사이트계 스테인리스강이나, 탄소강, 티탄, 탄탈 등이 사용된다. 그 금속제 무단 벨트(13)의 수지 용액의 밀착면은 초경면 마무리가 이루어지고, 그 밀착면과는 반대측의 이면측 표면을 연삭 마무리하고 있다. 판 두께는 2㎜ 이하이며, 그 길이 방향의 양단부를 맞대어 용접에 의해 맞붙이고, 무단부로 하고 있다. 금속제 무단 벨트(13)의 길이는 55m, 폭이 1500㎜이다. 맞붙임 부분은, 벨트 본체와 마찬가지로, 표면측을 초경면으로 마무리하고, 이면측을 연삭 마무리한다.

이러한 구성을 구비한 본 발명에 관한 싱글 벨트 캐스팅 머신을 사용한 박막 형상 시트의 제조 방법의 기본 조작은, 상기 특허문헌 1∼5에 개시된 종래의 조작과 실질적으로 바뀌는 부분이 없다. 즉, 도 1에 있어서, 구동 드럼(11)을 구동하여, 구동 드럼(11) 및 종동 드럼(12)에 걸쳐진 금속제 무단 벨트(13)를 소정 속도로 일 방향으로 회전시킨다. 이 금속제 무단 벨트(13)의 회전 중, 금속제 무단 벨트(13)의 상부를 주행하는 벨트 표면을 향해, 캐스팅 다이(14)의 수지 용액 유연구(14a)로부터 폴리카보네이트(PC) 용액을 캐스트한다.

캐스팅 다이(14)에는 기어 펌프에 의해 정량의 폴리카보네이트(PC) 용액이 원액으로서 공급되고, 수지 용액 유연구(14a)로부터 토출되는 박막 형상 원액을 금속제 무단 벨트(13)의 외측 표면(13a)의 일부에 밀착시킨다. 이렇게 하여 금속제 무단 벨트(13)의 외측 표면(13a)에 밀착한 박막 형상 시트(2)는, 금속제 무단 벨트(13)의 주회에 수반하여 주회한다. 이 주회의 동안에 가열 장치(16)에서 박막 형상 시트(2)를 가열하고, 박막 형상 시트에 포함되는 용제를 증발 제거한다. 용제가 증발한 박막 형상 시트(2)는 주회의 최종 단계에서 대부분의 용제가 제거되고, 박리 롤(17)에 의해 금속제 무단 벨트(13)로부터 박리되어 다음 공정인 텐터 공정이나 건조 공정으로 이송된다. 또한, 금속제 무단 벨트(13)는, 그 주회하는 동안은 금속제 무단 벨트(13)의 이면을 따라 배치된 복수의 벨트 안내 지지 롤(18)에 의해 지지되어 주행한다.

본 발명에 있어서는, 상기 특허문헌 1∼5에 개시된 싱글 벨트 캐스팅 머신과 마찬가지로, 금속제 무단 벨트(13)의 이면측에 있어서 상기 캐스팅 다이(14)의 수지 용액 유연구(14a)와 대향하는 위치에, 종래와는 다른 본 발명에 특유한 구성을 구비한 백업 롤(19)이 배치되어 있다. 본 발명에 있어서의 백업 롤(19)은, 그 주위면에 고무층을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 고무층(20)의 고무 경도가 JIS K6253 A70°이며, 불소 고무가 사용된다. 이와 같이, 백업 롤(19)의 주위면에 고무층(20)을 형성함으로써, 연삭 마무리 시에 형성된 금속제 무단 벨트의 이면의 미세한 줄 형상의 요철면에 기초하는, 예를 들어 벨트 주행 방향으로 10㎜ 정도의 미소한 주기로 발생하는 높이 1㎛ 정도의 미세한 상하 진동이면, 상기 고무층(20)에 의해 확실하게 흡수되고, 박막 형상 시트(2)에 대한 금속제 무단 벨트(13)의 초경면 가공면의 진동도 저감되어, 박막 형상 시트(2)에의 전사 시에도 상기 요철면의 영향이 미치지 않고, 줄 형상의 기어 마크가 발현되지 않는, 금속제 무단 벨트(13)의 초경면에 충실한 전사면을 갖지만 투명한 고품질의 필름이 얻어진다.

한편, 백업 롤(19)의 1회전에 발생하는 고유의 진동은, 아무리 롤을 높은 정밀도로 마무리하였다고 해도, 끼워 맞춤부나, 베어링부, 롤 지지 프레임 등의 설계상의 공차나 오차, 편차 등이 영향을 미치고, 큰 주기로 크게 상하 이동하는 완만한 진동이다. 이 진동의 주기는 롤 1회전의 길이 단위로 반복되는 크고 완만하게 진동한다. 여기서, 백업 롤(19)의 직경은, 통상, 금속제 무단 벨트(13)를 걸치는 한 쌍의 구동 드럼(11) 및 종동 드럼(12)의 직경 150∼250㎝와 비교하면 극히 소직경이며, 380∼500㎜의 범위 내에 있다. 이것을 금속 무단 벨트의 주행 방향 길이로 환산하면, 정확히 백업 롤(19)의 1회전당 외주 길이 119∼157㎝에 상당하고, 예를 들어 액정 텔레비전으로 말하면, 최근의 대형화된 120㎝를 초과하는 표시 패널의 치수에도 충분히 견딜 수 있는 치수이며, 동일한 패널면에서는 백업 롤의 1회전의 동안에 발생하는 롤 주위면의 큰 굴곡으로 이루어지는 요철면의 변동에 의한 품질적인 영향은 거의 발생되지 않는다.

단, 캐스팅 다이(14)의 수지 용액 유연구(14a)와의 사이의 클리어런스는, 통상, 2㎜ 이하로 설정되는 경우가 많고, 백업 롤(19)에 의해 지지되는 금속제 무단 벨트(13)의 백업 롤 지지부에서 발생하는 작은 주기의 진동에 대해서는, 상술한 바와 같이 백업 롤(19)의 외주 고무층(20)에 의해 흡수된다고 해도, 백업 롤(19) 자체의 회전 주기의 완만하고 큰 상하 이동에서는, 금속제 무단 벨트(13)와 수지 용액 유연구(14a) 사이에서 접촉하고, 큰 사고로도 이어지기 쉽다. 따라서, 백업 롤(19)의 주위면에 형성되는 고무층(20)도, 라이닝 후에 연마하여 표면의 진동, 진원도, 원통도를 고정밀도로 마무리하고 있다.

다음으로, 본 발명에 관한 싱글 벨트 캐스팅 머신과, 종래의 일반적인 싱글 벨트 캐스팅 머신을 실제로 사용하였을 때의, 백업 롤에 지지된 금속제 무단 벨트의 롤 지지 표면 부분에 있어서의 벨트의 거동을 비교하기 위해, 도 1에 도시하는 싱글 벨트 캐스팅 머신을 사용하여, 이하의 제조 조건하에, 필름 두께 150㎛의 PC 필름을 제조하였다.

도 1에 도시하는 싱글 벨트 캐스팅 머신에 있어서의 백업 롤(19)에는, 표면에 도금 두께 30∼50㎛의 경질 크롬 도금을 실시한 후 연마 마무리를 행한 종래와 마찬가지의 금속 롤과, 본 발명에 있어서의 주위면에 10㎜ 두께의 불소 고무를 라이닝한 연마 마무리 후의 고무 롤의 2종류의 주위면 구조가 다른 롤을 사용하였다. 양 백업 롤의, 연마 마무리 후의 각 직경을 300㎜로 하였다. 금속제 무단 벨트의 벨트 재료에는 SUS304가 사용되고, 벨트 길이가 55m, 벨트 폭이 1500㎜, 판 두께가 1.6㎜인 플랫 벨트로 이루어진다. 금속제 무단 벨트의 상부 주회 영역에, 금속제 무단 벨트를 상하로부터 사이에 끼우도록 하여 3쌍의 가열 장치(16)를 배치하고, 그 3쌍의 가열 장치(16)의 사이에 등피치로 복수의 벨트 안내 지지 롤(18)을 설치하였다. 이 벨트 안내 지지 롤(18)은 상기 경질 크롬 도금이 실시된 종래의 백업 롤과 동 종류의 금속 롤이 사용되어 있다.

가열 장치(16)에 의한 가열 온도는 max 150℃이며, 벨트 안내 지지 롤(18)의 직경은 150㎜이다. 또한, 상기 PC 필름의 제조를, 백업 롤에 경질 크롬 도금을 실시한 상기 금속 롤과, 주위면에 라이닝 고무를 갖는 상기 고무 롤로 나누어 사용하여 제조하였다. 그때의, 2종류의 백업 롤마다 금속 무단 벨트의 주행 속도를, 30m/min, 50m/min, 80m/min의 3가지로 설정하여, 각각 벨트 10회전분씩 필름을 제조하고, 그 동안의 각 백업 롤 상의 금속제 무단 벨트의 상하 진동의 크기(㎛)와, 그 주기성 진동의 유무를, (주)오노속끼(小野測器)제의 FFT 애널라이저를 사용하여 측정하였다. 그 측정 결과를, 표 1 및 표 2에 나타냈다.

또한, 금속제 무단 벨트의 주행 속도를, 30m/min, 50m/min으로 하여 운전하였을 때, 백업 롤로서 상기 금속 롤과 고무 롤을 사용하였을 때의 각 속도마다의 백업 롤 상에 있어서의 벨트 진동 데이터(FFT 해석값) 곡선을, 도 4 및 도 5에 나타냈다.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 금속제 무단 벨트의 주행 속도의 변경에 관계없이, 백업 롤 상에 있어서의 금속제 무단 벨트의 흔들림의 크기는, 고무 피복 롤 쪽이 크롬 도금 롤보다도 균일하게 커지고 있다. 이것은, 롤 표면의 탄력성의 차이가 크게 관계되어 있기 때문이라고 생각된다. 한편, 표 2에 따르면, 전술한 바와 같이, 고무 롤의 탄성에 의해 백업 롤 상에 있어서의 금속제 무단 벨트의 흔들림이 큼에도 불구하고, 금속제 무단 벨트의 주행 속도와는 무관하게 주기성 진동이 발생하고 있지 않은 것을 이해할 수 있다. 이것은, 예를 들어 고무 피복 롤에도 크롬 도금 롤과 마찬가지의 주기성 진동이 발생하고 있을 것임에도 불구하고, 고무 피복 롤에서는 동 진동이 고무에 의해 흡수되어 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 표 1 및 표 2에 의해 명백해진 바와 같이, 금속제 무단 벨트의 주행 속도의 차이에 의해서도, 백업 롤 상의 금속제 무단 벨트의 흔들림의 크기 및 진동의 유무에, 어느 특정한 경향이 보이지 않는다.

한편, 도 4의 (a), (b) 및 도 5의 (a), (b)에 나타내어진 미소한 진동 파형을 상세하게 검토하면, 경질 크롬 도금이 실시된 백업 롤의 벨트 진동 상태를 나타내는 도 4의 (a)에 있어서는, 벨트의 주행 속도가 30m/min일 때, 동 도면에 화살표로 나타내는 바와 같이, 주파수 65㎐에서 진폭이 순간적으로 커지고 있지만, 주위면에 고무 라이닝을 갖는 백업 롤에 있어서의 벨트 진동 상태를 나타내는 도 4의 (b)에 있어서는, 벨트의 주행 속도를 동일한 (30m/min)으로 해도, 동 도면에 화살표로 나타내는 바와 같이, 주파수 65㎐에서 진폭이 극히 작고, 그 주변에 있어서도 전체적으로 진폭이 작아져 있다. 또한, 상기 백업 롤로서 금속 롤 및 고무 롤을 사용하고, 벨트 속도를 50m/min으로 변경한 것 이외는 동일한 조건에서 PC 필름을 제조하였을 때의, 각 백업 롤 상의 벨트 진동 파형을 나타내는 도 5의 (a), (b)를 비교해도, 주파수 110㎐ 부근에 있어서의 진폭은, 후자의 고무 롤로 이루어지는 백업 롤을 사용하고 있는 쪽이 현저하게 작아져 있는 것을 이해할 수 있다. 이것은, 본 발명과 같이 백업 롤의 주위면에 고무층을 형성함으로써, 작은 주기로 국부적으로 진폭이 크게 변화하는 진동이 극히 효과적으로 제거되어 있는 것을 의미하고 있다.

1 : 싱글 벨트 캐스팅 머신(합성 수지제 박막 형상 시트 제조 장치)
11 : 구동 드럼
12 : 종동 드럼
13 : 금속제 무단 벨트
13a : 금속제 무단 벨트의 외측 표면
14 : 캐스팅 다이
14a : 수지 용액 유연구
15 : 기어 펌프
16 : 가열 장치
17 : 박리 롤
18 : 벨트 안내 지지 롤
19 : 백업 롤(고무 롤)
20 : 고무층
2 : 박막 형상 시트

Claims (6)

1. 2개의 드럼 사이에 걸쳐져 일 방향으로 구동 회전하는 금속제 무단 벨트와, 상기 금속제 무단 벨트의 외측 표면의 일부에 대향하여 배치되고, 당해 표면에 수지 용액을 캐스트하는 캐스팅 다이와, 금속제 무단 벨트를 사이에 두고 캐스팅 다이와 대향하는 금속제 무단 벨트의 수지 착지점의 이면 위치에 배치되고, 금속제 무단 벨트의 이면을 지지하는 백업 롤과, 당해 백업 롤의 벨트 회전 방향 전후에 배치된 복수의 벨트 안내 지지 롤을 구비하고 있고,
   상기 금속제 무단 벨트의 외측 표면에 초경면 가공이 이루어지고, 상기 금속제 무단 벨트의 이면측 표면에는 연삭 가공 또는 압연 가공이 이루어지고,
   상기 백업 롤의 외주면에 고무층이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고무층이 고무 라이닝층인 것을 특징으로 하는, 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 고무층의 경도가 JIS K6253 A60°∼ A80°인 것을 특징으로 하는, 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 고무층이, 불소 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 우레탄 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 중 어느 하나를 구성 재료로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속제 무단 벨트의 이면측 표면의 상기 연삭 가공 또는 압연 가공의 가공면은, 벨트 길이 방향의 요철 피치가 10㎜ 이하, 그 요철 높이가 1.5㎛ 이하인 요철면을 갖는 것을 특징으로 하는, 합성 수지제 박막 형상 시트의 제조 장치.

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