(57)【要約】【課題】フィードブロック方式で溶融樹脂を共押出によって、ダイから多層フィルムを製造する際に、簡便な方法で各層の厚みを制御し、各層の幅方向の膜厚を均一にする装置を提供する。【解決手段】フィードブロックは、フロープレートと、ビークと、ダイ接続部から構成され、フロープレートは、複数の溶融樹脂を投入する複数開口部を有し、ビークは、複数開口部に投入された複数の溶融樹脂の流路である内層流路と、外層流路と、合流路とを有し、内層流路は矩形状断面の流路であり、外層流路は内層流路に対して側面から合流する矩形状断面の流路であり、合流路は前記内層流路と外層流路が合流した矩形状断面の流路であり、ダイ接続部は、合流路と単層ダイに繋がる流路を有するものであって、内層流路と外層流路間には、幅方向に複数の発熱体を有する隔壁が備えられており、該複数の発熱体の温度制御を行うことを特徴とする多層押出成形装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溶融樹脂をフィードブロックで合流させて単層ダイから押出して多層フィルムを生成する多層押出成形装置であって、
前記フィードブロックは、フロープレートと、ビークと、ダイ接続部から構成され、
フロープレートは、複数の溶融樹脂を投入する複数開口部を有し、
ビークは、前記複数開口部に投入された複数の溶融樹脂の流路である内層流路と、外層流路と、合流路とを有し、
前記内層流路は矩形状断面の流路であり、
前記外層流路は前記内層流路に対して側面から合流する矩形状断面の流路であり、
前記合流路は前記内層流路と外層流路が合流した矩形状断面の流路であり、
ダイ接続部は、前記合流路と単層ダイに繋がる流路を有するものであって、
前記内層流路と前記外層流路間には、幅方向（幅方向とは成形されるフィルムの幅方向を指す。以下同じ）に複数の発熱体を有する隔壁が備えられており、
該複数の発熱体の温度制御を行うことを特徴とする多層押出成形装置。
【請求項２】
前記外層流路の前記隔壁に対向する位置に、幅方向に複数の発熱体を有するビークが備えられたことを特徴とする請求項１に記載の多層押出成形装置。
【請求項３】
前記内層または外層を構成する樹脂のうち、高粘度或いはＭＦＲの低い樹脂に対し、ビークの発熱体を作動させ、特に幅方向端部の発熱体で加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の多層押出成形装置。
【請求項４】
前記内層または外層を構成する樹脂のうち、低粘度或いはＭＦＲの高い樹脂に対し、ビークの発熱体のうち、幅方向中央の発熱体で加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の多層押出成形装置。
【請求項５】
前記ビークを複数備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多層押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層フィルムの押出成形装置、特に複数の溶融樹脂をフィードブロックで合流させて単層用ダイから吐出するフィードブロック方式の共押出法による多層押出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂フィルムは種々の分野で用いられているが、その際用途に適した複数の特性が付与される。そして、これら特性を付与する手段の１つとして、フィルムを多層にする方法が用いられている。
【０００３】
熱可塑性樹脂を多層フィルムとして製造する共押出法には、マルチマニホールド方式やフィードブロック方式がある。マルチマニホールド方式は、複数の溶融樹脂がダイ内のそれぞれの独立したマニホールドで幅方向（幅方向とは製造された多層フィルムの幅方向を指す、以下同じ）に展開され、ダイの出口直前で合流してフィルムを生成する。マルチマニホールドダイは、構造が複雑で製造価格が高いうえ、層構成やフィルムの厚みや幅ごとにダイを用意しなければならない。
【０００４】
図１は従来のフィードブロック方式による共押出法を示す。図１に示すフィードブロック方式による共押出法では、３種類の熱可塑性樹脂Ａ、Ｂ、Ｃがフロープレート１０のそれぞれの導入路１１ａ〜１１ｃから供給され、連絡路１２ａ〜１２ｃを経て合流点Ｐで合流されるビーク２０と、合流された溶融樹脂をダイ接続部３０の合流路３２を経て、単層フィルムを生成するものと同一のダイ３１によって押出幅方向（紙面に対して直角方向）に広げスリット状出口３４から押出して多層フィルム（図示せず）を形成するものである。
【０００５】
このように、フィードブロック方式は、複数の溶融樹脂をフィードブロック内で合流させてから、ダイ内の単一のマニホールドで幅方向に展開してフィルムを生成する。ダイは単層で用いているものを利用でき、フィードブロックの組み合わせを換えることによって、層構成を容易に変更できる。その反面、一般的に、複数の樹脂をフィードブロックにおいて合流させる場合、それぞれの樹脂の粘度の比や流速の比、断面積の比が大きい程、合流後の樹脂の界面の乱れ偏肉が起き易いことが知られている。また、フィードブロックで合流後、マニホールドで約１０倍の幅に大きく展開しなければならないうえ、ダイの吐出口までの距離が長いため、各層の幅方向の厚みを均一にすることが難しい。合流後の流路が長いほど、流量や溶融粘度の差によって各層が偏肉する包み込み現象が起きることが知られている。
【０００６】
特許文献１では、フィードブロック内に設けた層厚調整具の切り欠きで樹脂の流路幅を調整することで、流量に分布をつけて多層フィルムの各層の幅方向の厚み分布を均一にする押出成形装置が示されている。この方法では、樹脂や吐出条件に合わせて層厚調整具の形状を変更する必要がある上、４層以上の多層成形時は各層の層厚調整具の形状を変えなければならず、現実的に困難である。
【０００７】
特許文献２では、フィードブロックの合流部の流路断面形状を最適化することで、多層フィルムの各層の幅方向の厚み分布を均一にする押出成形装置および多層フィルムの製造方法が示されている。ただし、実質的に外層の樹脂の流路形状しか制御適用できないために、中間層の粘度や流量が大きい場合、中間層の流量分布が凸となり偏肉包みこみが発生する。
特許文献３ではフィードブロック内の温度を制御して各樹脂の粘度を均一化し、偏肉を低減する装置が示されている。温度の調整で流動特性を制御するものであるが、温度の調整による流動特性の調整には限界があり、粘度差や流量比が大きい場合には温度調整のみで各層の流量プロファイルを均一にすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２４１８９７号公報
【特許文献２】特開２００２−２２５１０７号公報
【特許文献３】特開平１１−３０９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は上記の問題点に鑑みて、フィードブロック方式で溶融樹脂を共押出によって、ダイから多層フィルムを製造する際に、簡便な方法で各層の厚みを制御し、各層の幅方向の膜厚を均一にする装置を提供することを課題とする。なお、本発明において、ダイとは、コートハンガーダイ、フィッシュテールダイ、ストレートマニホールドダイといった、主にフラットＴダイを指すものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで本発明の請求項１の発明は、
複数の溶融樹脂をフィードブロックで合流させて単層ダイから押出して多層フィルムを生成する多層押出成形装置であって、
前記フィードブロックは、フロープレートと、ビークと、ダイ接続部から構成され、
フロープレートは、複数の溶融樹脂を投入する複数開口部を有し、
ビークは、前記複数開口部に投入された複数の溶融樹脂の流路である内層流路と、外層流路と、合流路とを有し、
前記内層流路は矩形状断面の流路であり、
前記外層流路は前記内層流路に対して側面から合流する矩形状断面の流路であり、
前記合流路は前記内層流路と外層流路が合流した矩形状断面の流路であり、
ダイ接続部は、前記合流路と単層ダイに繋がる流路を有するものであって、
前記内層流路と前記外層流路間には、幅方向（幅方向とは成形されるフィルムの幅方向を指す。以下同じ）に複数の発熱体を有する隔壁が備えられており、
該複数の発熱体の温度制御を行うことを特徴とする多層押出成形装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記外層流路の前記隔壁に対向する位置に、幅方向に複数の発熱体を有するビークが備えられたことを特徴とする請求項１に記載の多層押出成形装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記内層または外層を構成する樹脂のうち、高粘度或いはＭＦＲの低い樹脂に対し、ビークの発熱体を作動させ、特に幅方向端部の発熱体で加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の多層押出成形装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記内層または外層を構成する樹脂のうち、低粘度或いはＭＦＲの高い樹脂に対し、ビークの発熱体のうち、幅方向中央の発熱体で加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の多層押出成形装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、前記ビークを複数備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多層押出成形装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明におけるフィードブロックは、隔壁及び外装流路の対向側に発熱体を配置することで、内層流路、外層流路の樹脂の温度を個別に制御可能である。一般に熱可塑性の溶融樹脂は、温度上昇により粘度が低くなり流動性が高まる。従って、幅方向で薄くなる部位の層の温度を上げると樹脂の流量が増えるため、層厚が均一化する。また、粘度或いはＭＦＲの異なる樹脂の共押出は、粘度の高い樹脂を粘度の低い樹脂が包み込むように膜厚が不均一になる。つまり、高粘度の樹脂は幅方向端部が薄くなるため、ビークの流路端部を温度上昇させて流量を増やすことで、包み込みを抑えることができる。同様に、低粘度の樹脂は幅方向中央が薄くなるため、ビークの流路中央を温度上昇させて流量を増やすことで、包み込みを抑えることができる。
本発明におけるフィードブロックは、複数の発熱体の温度制御を行うことにより、各溶融樹脂の厚み分布が調節可能であり、その結果、成形不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のフィードブロック方式による共押出法を示す図。
【図２】本発明の一つの実施形態を例示した３層フィルムの押出成形装置のフィードブロック概略図。
【図３】図２のフロープレートを上流側から流れ方向に見た概略図。
【図４】ビークの構造を表す図２のＡ−Ａ’の断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態を例示した５層フィルムの押出成形装置のフィードブロック概略図。
【図６】図５のフロープレートを上流側から流れ方向に見た概略図。
【図７】図５のＢ−Ｂ’の断面図。
【図８】生成された３層フィルムの断面図。
【図９】本発明の一つの実施形態における流路の温度分布。
【図１０】本発明の一つの実施形態における合流路の樹脂分布。
【図１１】せん断粘度の温度依存性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る多層押出成形装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。第一実施形態として、３種類の樹脂を用いた３層フィルムの押出成形装置のフィードブロックを図２〜図４に示す。図２は本発明の多層押出成形装置に備えられたフィードブロックの断面を示す図で、フィードブロックはフロープレート１０と、ビーク２０と、ダイ接続部３０で構成される。フロープレート１０は、複数の溶融樹脂を投入する複数開口部である丸穴状断面の導入路１１ａ〜１１ｃを有する。ビーク２０は、内層流路２５と、外層流路２６、２７と、合流路２８とを有する。ダイ接続部３０は、前記合流路２８と図示しない単層ダイに繋がる流路３２を有する。
【００１８】
フロープレート１０を説明する。図３はフロープレート１０を上流側から流れ方向に見た概略図を示す。図３（ａ）は、３台の押出機１〜３（図２）を接続する場合のフロープレート１０である。押出機１〜３がそれぞれ接続する丸穴状に開口した導入路１１ａ〜１１ｃは、矩形に変化しながら連絡路１２ａ〜１２ｃに接続され、ビーク側に開口する。なお、押出機は３台に限るものではなく、図３（ｂ）に２台の押出機を接続する場合のフロープレートを示す。押出機1〜２が接続する導入路１１ａ、１１ｂは丸穴状に開口し、前記導入路１１ａはフロープレート１０の内部で２分岐して矩形に変化しながら連絡路１２ａ、１２ｃに接続され、前記導入路１１ｂは矩形に変化しながら連絡路１２ｂに接続され、ビーク側に開口する。
【００１９】
ビーク２０を説明する。ビーク２０は図２に示すように、連絡路１２ｂに連結された矩形状断面の内層流路２５と、連絡路１２ａに連結された矩形状断面の外層流路２６と、連絡路１２ｃに連結された矩形状断面の外層流路２７と、前記内層流路２５と外層流路２６と外層流路２７が合流した矩形状断面の合流路２８を備える。内層流路２５は矩形状断面の流路であって、外層流路２６、２７は内層流路２５に対して側面から合流する矩形状断面の流路であり、合流路２８は内層流路２５と外層流路２６，２７が合流した矩形状断面の流路であり、内層流路２５と外層流路２６、２７間の隔壁２１、２３は、幅方向（幅方向とは成形されるフィルムの幅方向を指す。以下同じ）に複数の発熱体４３、４４を有することによって、内層流路２５の樹脂の幅方向に温度分布を与え、粘度の差が生じることで流量を調整することが出来る。
【００２０】
外層流路２６，２７に対し、隔壁２１、２３に対向する位置の幅方向に複数の発熱体４１、４２を有することによって、外層流路２６，２７の樹脂の幅方向に温度分布を与え、粘度の差が生じることで流量を調整することが出来る。
【００２１】
図４に図２のＡ−Ａ’における断面図を示す。隔壁２１、隔壁２３、及びビーク筐体２９に配置した発熱体４１〜４４は矢印５３で示す各流路の幅方向に５つ配列されており、その各発熱体を個別に発熱することが出来る。ここで、発熱体４１〜４４の配列数は５つに限らず複数であれば良く、ペルティエ素子の様に吸熱機能を有するものでも良い。
各発熱体４１〜４２に対し、外層流路２６、２７側に温度計８１、８２を配置、各発熱体４３〜４４に対し、内層流路２５側に温度計８３、８４を配置することで発熱量をフィードバックできる。
【００２２】
ダイ接続部３０は、上記図２に示すように矩形状断面の流路３２を有し、ビーク２０の合流路２８とダイ３１の流路を接続する。
【００２３】
第二実施形態として、２つのビークを用いた５層フィルムの押出成形装置のフィードブロックを図５〜図７に示す。図５に示されるフィードブロック４はフロープレート１０、第一のビーク８０、連絡ブロック６０、６２、第二のビーク７０、ダイ接続部３０で構成されている。
【００２４】
フロープレート１０は、例えば図示しない５台の押出機に接続する丸穴状断面の導入路１１ａ〜１１ｅと、それに連なる矩形状断面の連絡路１２ａ〜１２ｅが形成されており、第一のビーク８０及び連絡ブロック６０、連絡ブロック６２に連結している。図６は例えば３台の押出機１〜３を接続する場合のフロープレート１０を上流側から流れ方向に見た概略図を示す。押出機1〜３が接続する導入路１１ａ〜１１ｃは丸穴状に開口し、前記導入路１１ａ、１１ｃはフロープレート１０の内部で２分岐して矩形に変化しながらそれぞれ連絡路１２ａと１２ｃ及び１２ｄと１２ｅに接続され、前記導入路１１ｂは矩形に変化しながら連絡路１２ｂに接続され、ビーク側に開口する。なお、押出機は３台に限るものではなく、５台未満の押出機を用いた５層フィルムの場合は、導入路１１を適宜分岐して矩形状断面の連絡路１２ａ〜１２ｅに接続されたフロープレートを用いる。
【００２５】
第一のビーク８０の形状は、第一実施形態で説明したものと同一の構造であり、省略する。
【００２６】
フロープレート１０の連絡路１２ａ〜１２ｃは、それぞれ第一のビーク８０の外層流路２６、内層流路２５、外層流路２７に接続され、フロープレート１０の連絡路１２ｄと連絡路１２ｅはそれぞれ連絡ブロック６０の連絡路６１と連絡ブロック６２の連絡路６３に接続される。
【００２７】
第二のビーク７０は、合流路２８に連結された矩形状断面の内層流路７５と、連絡路６１に連結された矩形状断面の外層流路７６と、連絡路６３に連結された矩形状断面の外層流路７７と、前記内層流路７５と外層流路７６と外層流路７７が合流した矩形状断面の合流路７８を備える。また、第二のビーク７０は、ビーク筐体７９の中に、内層流路７５と外層流路７６の隔壁７１と、内層流路７５と外層流路７７の隔壁７３を有する。隔壁７１、７３は、幅方向に複数の発熱体４７、４８を有することによって、内層流路７５の樹脂の幅方向に温度分布を与え、粘度の差が生じることで流量を調整することが出来る。
【００２８】
外層流路７６、７７に対し、隔壁７１、７３に対向する位置の幅方向に複数の発熱体４５、４６を有することによって、外層流路７６、７７の樹脂の幅方向に温度分布を与え、粘度の差が生じることで流量を調整することが出来る。
【００２９】
図７に図５のＢ−Ｂ’における断面図を示す。隔壁７１、隔壁７３、及びビーク筐体７９に配置した発熱体４５〜４８は矢印５３で示す各流路の幅方向に５つ配列されており、その各発熱体を個別に発熱することが出来る。ここで、発熱体４５〜４８の配列数は５つに限らず複数であれば良く、ペルティエ素子の様に吸熱機能を有するものでも良い。
【００３０】
各発熱体４５〜４６に対し、外層流路７６、７７側に温度計８５、８６を配置、各発熱体４７〜４８に対し、内層流路７５側に温度計８７、８８を配置することで発熱量をフィードバックできる。
【００３１】
ダイ接続部３０は、矩形状断面の流路３２を有し、第二のビーク７０の合流路７８とダイ３１の流路を接続する。
【００３２】
第二実施形態では、ビークを２つに限ることなく、３つ以上のビークを重ねて用いることによって、５層以上の多層フィルムを成形することができる。
【００３３】
＜実施例１＞
第一実施形態例として内層をＥＶＯＨとし外層をＬＤＰＥとした３層フィルムの製造を考える。各樹脂の温度に対するせん断粘度を図１１に示す。２５０℃で押し出した場合、ビーク２０で合流した直後の合流路３２では、図２のＣ−Ｃ’における断面である図１０の（ａ）の様に均一厚みであるが、ＥＶＯＨの粘度が高い為、下流に従って包み込みが起き、Ｔ−ダイから吐出したフィルムは、図８の（ａ）の様にＥＶＯＨ層の端部、ＬＤＰＥ層の中央が薄くなる。本発明によれば、発熱体４３、４４の幅方向端部、及び発熱体４１、４２の幅方向中央を高温にすることによって、図９（ａ）の様な内層流路の温度分布、図９（ｂ）の様な外層流路の温度分布となるため、生成シートの各層の薄い部位の流量が増え、膜厚が均一化し図８の（ｂ）の様な分布になる。
【００３４】
＜実施例２＞
一般的に、ＥＶＯＨとＬＤＰＥの圧着性が悪い為、前記、第二実施形態例として、内層ＥＶＯＨと外層ＬＤＰＥの間に接着層を追加した５層フィルムの製造を考える。その場合でも、内層ＥＶＯＨと接着層は一体で偏肉するため、第２ビーク７０において、図９（ａ）の様な内層流路の温度分布、図９（ｂ）の様な外層流路の温度分布を与えれば、第一実施形態例と同様の均一に近い膜厚が得られる。
【００３５】
以上のように、本発明のフィードブロックを備えた多層押出成形装置によれば、各層のフィルムの流路の幅方向の粘度と流量を調整することが出来るため、各層の厚み分布を制御することが可能で、その結果、フィルムの幅方向の膜厚を均一化することが出来る。
【符号の説明】
【００３６】
１−３・・・押出機
４・・・フィードブロック
１０・・・フロープレート
２０・・・ビーク
３０・・・ダイ接続部
１１・・・導入路
１２・・・連絡路
２１、２３・・・隔壁
２５・・・内層流路
２６、２７・・・外層流路
２８・・・合流路
２９・・・ビーク筐体
３１・・・ダイ
３２・・・合流路
３４・・・スリット状出口
４１−４８・・・発熱体
５１・・・流れ方向
５２・・・厚み方向
５３・・・幅方向
６０、６２・・・連絡ブロック
６１、６３・・・連絡路
７０・・・ビーク
７１、７３・・・隔壁
７５・・・内層流路
７６、７７・・・外層流路
７８・・・合流路
７９・・・ビーク筐体
８０・・・ビーク
８１−８８・・・温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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