(57)【要約】【課題】押出装置において、樹脂を安定して押し出す。【解決手段】押出装置における樹脂材料の充填方法は、押出装置のシリンダ内に樹脂材料を投入する第１工程と、押出装置のシリンダ内に配置されているスクリューを第１回転数で回転させる第２工程と、スクリューを第１回転数よりも高い第２回転数で回転させる第３工程と、第２工程の後、スクリューを第１回転数で回転させる第４工程と、シリンダの吐出部から吐出される樹脂材料の圧力値を取得する第５工程と、を備える。第２工程から第５工程は、順に少なくとも２回以上繰り返され、繰り返しは、第５工程において取得された圧力値と、第５工程において前回取得された圧力値と、の差が、予め定められた値以下となるまで行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出装置における樹脂材料の充填方法であって、
前記押出装置のシリンダ内に前記樹脂材料を投入する第１工程と、
前記シリンダ内に配置されているスクリューを第１回転数で回転させる第２工程と、
前記スクリューを前記第１回転数よりも高い第２回転数で回転させる第３工程と、
第２工程の後、前記スクリューを前記第１回転数で回転させる第４工程と、
前記シリンダ内の前記樹脂材料が吐出される吐出部における前記樹脂材料の圧力値を取得する第５工程と、を備え、
前記第２工程から前記第５工程は、順に少なくとも２回以上繰り返され、
前記繰り返しは、前記第５工程において取得された圧力値と、前記第５工程において前回取得された圧力値と、の差が、予め定められた値以下となるまで行われる、
充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出装置における樹脂材料の充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリューとダイを備える押出装置が知られている。押出装置において、押出装置内に投入された樹脂材料は、スクリューにより押し出されてダイから吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
押出装置において、装置内の樹脂材料の充填が不十分であると、吐出される樹脂材料の圧力が変動するため、樹脂材料を安定して押し出すことができないおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、押出装置による樹脂材料の充填方法が提供される。この方法は；前記押出装置のシリンダ内に前記樹脂材料を投入する第１工程と；前記シリンダ内に配置されているスクリューを第１回転数で回転させる第２工程と；前記スクリューを前記第１回転数よりも高い第２回転数で回転させる第３工程と；第２工程の後、前記スクリューを前記第１回転数で回転させる第４工程と；前記シリンダ内の前記樹脂材料が吐出される吐出部における前記樹脂材料の圧力値を取得する第５工程と；前記第２工程から前記第５工程は、順に少なくとも２回以上繰り返され；前記繰り返しは、前記第５工程において取得された圧力値と、前記第５工程において前回取得された圧力値と、の差が、予め定められた値以下となるまで行われる。
この方法によれば、スクリューを第１回転数で回転させている際に第１回転数よりも高い第２回転数に上昇させることで、シリンダ内の樹脂材料を充填させることができる。シリンダ内の樹脂材料の充填が進むほど、取得される圧力値は大きくなるので、第５工程において今回取得した圧力値と、第５工程において前回取得した圧力値と、の差（圧力差）は小さくなる。そのため、圧力差が予め定められた値以下である場合に、シリンダ内の樹脂材料の充填が完了したと判断することができる。その結果、吐出される樹脂材料の圧力の変動が抑制されるので、押出装置により樹脂材料を安定して押し出すことができる。
【０００７】
本発明は、上述した押出装置における樹脂材料の充填方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、押出装置や押出装置による押出方法、押出装置を備える膜製造装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態としての押出装置が使用される膜製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】押出装置における樹脂材料の充填方法を示す工程図である。
【図３】膜の製造開始後の圧力値の変化を示す図である。
【図４】膜の製造開始後の膜厚の変化を示す図である。
【図５】膜の製造開始後の圧力値の変化を示す図である。
【図６】膜の製造開始後の膜厚の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての押出装置１００が使用される膜製造装置１０の概略構成を示す説明図である。膜製造装置１０は、押出装置１００と、圧延機構２００と、制御部３００と、を備える。
【００１０】
押出装置１００は、ホッパー１１４と、シリンダ１１２と、スクリュー１２０と、ダイ１３０と、圧力センサ１４０と、を備える。押出装置１００は、樹脂材料を混練して圧延機構２００に吐出する装置である。本実施形態では、押出装置１００は、Ｔダイ法（Ｔ−ｄｉｅ、フラットダイ法）により、樹脂材料をフィルム状に成形する。図１には、シリンダ１１２の内部が、シリンダ１１２の一部をくりぬくことで示されている。
【００１１】
ホッパー１１４は、シリンダ１１２に設けられている。シリンダ１１２は、筒状の部材であり、シリンダ１１２には、ホッパー１１４を介して樹脂材料が投入される。シリンダ１１２は不図示の加熱装置により加熱されており、投入された樹脂材料はシリンダ１１２内で溶融する。シリンダ１１２の内部には、螺旋状の溝のあるスクリュー１２０が配置されている。スクリュー１２０は、回転することにより、溶融した樹脂材料を混錬して、ダイ１３０へ押し出す。
【００１２】
本実施形態では、ホッパー１１４には、樹脂材料のペレット２０が投入される。本実施形態では、樹脂材料は、熱可塑性樹脂であり、例えば、フッ素系高分子電解質樹脂である。フッ素系高分子電解質樹脂としては、例えば、ナフィオン（登録商標）を用いることができる。
【００１３】
ダイ１３０は、シリンダ１１２内の樹脂材料が吐出される吐出部である。本実施形態では、ダイ１３０は、直線状のリップ１３０ａを有するいわゆるＴダイである。ダイ１３０は、スクリュー１２０により押し出された樹脂材料を、リップ１３０ａから吐出してフィルム状に成形する。ダイ１３０から吐出された直後の樹脂材料の温度は、例えば１９０℃である。
【００１４】
圧力センサ１４０は、ダイ１３０に設けられている。圧力センサ１４０は、ダイ１３０から吐出される樹脂材料の圧力値（吐出圧力）を計測する。
【００１５】
圧延機構２００は、冷却ロール２１０と、各種のロール２２０とを備える。ダイ１３０によってフィルム状に成形された樹脂材料は、冷却ロール２１０によって冷却され、適当な温度に調整される。その後、各種ロール２２０によって搬送されながら、後工程で各種の処理が施され、膜が製造される。製造される膜は、例えば、燃料電池用の高分子電解質積層フィルムである。
【００１６】
制御部３００は、押出装置１００全体の動作を制御する。制御部３００は、ＣＰＵとメモリーとを含む。ＣＰＵは、メモリーに格納されたプログラムを実行することによって、押出装置１００の制御を行う。例えば、制御部３００は、スクリュー１２０の回転数を制御する。制御部３００は、圧力センサ１４０が計測した圧力値を取得してメモリーに記憶する。また、制御部３００は、膜製造装置１０による膜の製造開始前に、押出装置１００を制御して、後述の充填方法により、シリンダ１１２内に樹脂材料を充填させる。
【００１７】
Ａ２．充填方法：
図２は、押出装置１００における樹脂材料の充填方法を示す工程図である。以下に説明する充填方法は、膜製造装置１０による膜の製造が開始される前に行われる。この方法では、まず、押出装置１００のシリンダ１１２内に樹脂材料が投入される第１工程が行われる（ステップＳ１０）。第１工程では樹脂材料が充填されていないシリンダ１１２内にホッパー１１４を介して樹脂材料が投入される。樹脂材料は、シリンダ１１２内で加熱されることによって溶融する。本実施形態では、樹脂材料の投入は、第１工程以降、連続して行われる。
【００１８】
次に、シリンダ１１２内のスクリュー１２０を第１回転数で回転させる、第２工程が行われる（ステップＳ２０）。第１回転数は、膜製造装置１０によって膜の製造が行われる際における製膜速度に対応する回転数である。第１回転数は、例えば、１４ｒｐｍである。製膜速度は、例えば、１２ｍ／ｍｉｎである。第２工程は、少なくともダイ１３０から溶融した樹脂材料が吐出されるまで行われることが好ましい。こうすることにより、後の第３工程においてスクリュー１２０を第１回転数よりも高い第２回転数で回転させた場合に、シリンダ１１２内に樹脂材料が存在していない箇所があることに起因する、スクリュー１２０の摩耗を抑制することができる。
【００１９】
次に、スクリュー１２０を第１回転数よりも高い第２回転数で回転させる、第３工程が行われる（ステップＳ３０）。第２回転数は、樹脂材料やシリンダ１１２の大きさ等によって適宜変更可能であり、例えば、第１回転数の３倍以上である。本実施形態では、第２回転数は、５０ｒｐｍである。第３工程は、例えば、３〜５分行われる。
【００２０】
第２工程の後、スクリュー１２０を第１回転数で回転させる、第４工程が行われる（ステップＳ４０）。第４工程は、例えば、３〜５分行われる。
【００２１】
次に、ダイ１３０における樹脂材料の圧力値を取得する、第５工程が行われる（ステップＳ５０）。制御部３００は、第５工程において圧力センサ１４０が計測した圧力値を取得して、メモリーに記憶する。
【００２２】
第２工程から第５工程が２回以上繰り返されていない場合には（ステップＳ６０、ＮＯ）、制御部３００は、処理を第２工程に戻し、再び第２工程から第５工程を順に実行する。
【００２３】
第２工程から第５工程が２回以上繰り返された場合には（ステップＳ６０、ＹＥＳ）、制御部３００は、メモリーを参照し、第５工程（ステップＳ５０）において今回取得した圧力値と、第５工程において前回取得した圧力値と、の差（圧力差）が予め定められた値以下であるか否かを判断する（ステップＳ７０）。圧力センサ１４０は、スクリュー１２０によって押し出された樹脂材料の吐出圧力を計測するため、シリンダ１１２内に樹脂材料が十分に充填されていない場合には、圧力センサ１４０によって計測される圧力値は小さくなる。シリンダ１１２内に樹脂材料が充填されるにつれ、圧力値は大きくなる。そのため、シリンダ１１２内の樹脂材料の充填が進むほど、圧力差は小さくなる。予め定められた値は、シリンダ１１２内の樹脂材料の充填が十分であると判断可能な値であり、実験により求められる。予め定められた値は、例えば、５０ＭＰａである。
【００２４】
圧力差が予め定められた値よりも大きい場合には（ステップＳ７０、ＮＯ）、制御部３００は、処理を第２工程に戻す。圧力差が予め定められた値以下である場合には（ステップＳ７０、ＹＥＳ）、制御部３００は、第４工程における回転数である第１回転数を維持して一連の処理を終了する。なお、上記一連の処理が終了すると、制御部３００は、膜製造装置１０の各部を制御して、膜の製造を開始する。膜は、例えば、スクリュー１２０を第１回転数で回転させて、１２ｍ／ｍｉｎの速度で製造される。
【００２５】
Ａ３．実験及びその結果：
以下、上述の充填方法を実施することの効果について、実験結果に基づいて説明する。実験１では、実施例として、押出装置１００を用いて上述の充填方法を実施した後に、膜製造装置１０を用いて膜の製造を開始した場合の圧力値及び膜厚を計測した。実施例において、第１回転数は１４ｒｐｍであり、第２回転数は５０ｒｐｍである。また、比較例として、上述の充填方法に代えて第１回転数（１４ｒｐｍ）でスクリュー１２０を回転させた後に、膜の製造を開始した場合の圧力値及び膜厚を計測した。実施例、比較例ともに、２３０℃における貯蔵弾性率が５５．４ｋＰａの樹脂材料を用いた。膜製造装置１０における製膜の速度は、１２ｍ／ｍｉｎである。
【００２６】
図３は、膜の製造開始後の圧力値の変化を示す図である。図３の縦軸は、圧力センサ１４０により計測される圧力、横軸は膜の製造開始からの時間である。圧力値のばらつき（σ）は、比較例では、１．６７であるのに対し、実施例では０．２８であり、実施例の圧力値のばらつきは比較例に比べて有意に小さい。
【００２７】
図４は、膜の製造開始後の膜厚の変化を示す図である。図４の縦軸は、ダイ１３０から吐出される膜の厚さ、横軸は膜の製造開始からの時間である。膜厚のばらつき（σ）は、比較例では１．１であるのに対し、実施例では０．３であり、実施例の膜厚のばらつきは比較例に比べて有意に小さい。
【００２８】
次に、実験１よりも貯蔵弾性率が高い樹脂材料を用いた実験２を行った。実験２において、実施例、比較例ともに、２３０℃における貯蔵弾性率が８４．１ｋＰａの樹脂材料を用いた。実験２の条件は、樹脂材料の貯蔵弾性率が異なることを除いて、実施例、比較例ともに、上述の実験１と同じである。
【００２９】
図５は、膜の製造開始後の圧力値の変化を示す図である。図５の縦軸は、圧力センサ１４０により計測される圧力、横軸は膜の製造開始からの時間である。圧力値のばらつき（σ）は、比較例では、１．７３であるのに対し、実施例では０．２７であった。実験２においても実験１と同様に、実施例の圧力値のばらつきは、比較例に比べて有意に小さい。
【００３０】
図６は、膜の製造開始後の膜厚の変化を示す図である。図６の縦軸は、ダイ１３０から吐出される膜の厚さ、横軸は膜の製造開始からの時間である。膜厚のばらつきは、比較例では１．２であるのに対し、実施例では０．３であった。実験２においても実験１と同様に、実施例の膜厚のばらつきは、比較例に比べて有意に小さい。
【００３１】
以上の結果から、樹脂材料の貯蔵弾性率によらず、押出装置１００において上述の充填方法を行うことにより、押出装置１００から吐出される樹脂材料の圧力のばらつきが小さくなることが示された。また、押出装置１００において上述の充填方法を行った後に、膜の製造を行うと、膜厚のばらつきが小さくなることが示された。
【００３２】
以上で説明した押出装置１００における樹脂材料の充填方法によれば、スクリュー１２０を第１回転数で回転させている際に第１回転数よりも高い第２回転数に上昇させることで、シリンダ１１２内に樹脂材料を充填させることができる。シリンダ１１２内の樹脂材料の充填が進むほど、取得される圧力値は大きくなるので、第５工程において今回取得した圧力値と、第５工程において前回取得した圧力値と、の差（圧力差）は小さくなる。そのため、圧力差が予め定められた値以下である場合に、シリンダ１１２内の樹脂材料の充填が完了したと判断することができる。そのため、排出される樹脂の圧力の変動が抑制されるので、押出装置１００により樹脂を安定して押し出すことができる。
【００３３】
また、樹脂材料の充填完了後に押出装置１００により樹脂材料を押し出して膜の製造を行うこととすれば、吐出部であるダイ１３０における圧力がばらつくことが抑制されるので、膜厚のばらつきを抑制することができる。その結果、製膜速度を上げることによる膜厚のばらつきや、薄膜製造時に膜厚がばらつくことに起因する膜不良を抑制することができ、生産性を向上させることができる。
【００３４】
Ｂ．変形例：
押出装置１００は、ダイ１３０に代えてシリンダ１１２の先端にリングダイスやクロスヘッドダイと呼ばれる環状のリップ１３０ａを持つ金型を備えることとし、インフレーション法（ｉｎｆｌａｔｉｏｎ法）により、樹脂材料をフィルム状に成形してもよい。この場合には、押出装置１００は、筒状に押し出された樹脂材料を扁平にしつつフィルム状に成形する、互いに向かい合う２枚の板状部材を備えることとしてもよい。
【００３５】
圧力センサ１４０は、ダイ１３０に設けられていなくてもよく、シリンダ１１２から樹脂材料が吐出される位置に設けられていればよい。例えば、シリンダ１１２とダイ１３０との間にシリンダ１１２とダイ１３０とを接続するアダプタが設けられている場合には、アダプタのダイ１３０側に設けられていてもよい。
【００３６】
上述の実施形態では、樹脂材料としてフッ素系高分子電解質が用いられているが、樹脂材料は、他の樹脂材料が用いられてもよい。例えば、単一種の熱可塑性樹脂、二種以上の熱可塑性樹脂からなる組成物、一種以上の熱可塑性樹脂と一種以上の添加剤とからなる組成物などであってもよい。
【００３７】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…膜製造装置
２０…ペレット
１００…押出装置
１１２…シリンダ
１１４…ホッパー
１２０…スクリュー
１３０…ダイ
１３０ａ…リップ
１４０…圧力センサ
２００…圧延機構
２１０…冷却ロール
２２０…ロール
３００…制御部
【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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