(57)【要約】  装置はパターン化された材料を製造し、装置は材料を押し出すための外部ランド押出し型（１２０）を含む。パターン化されたローラ（１４０）が、外部ランド型に近接近していいる。材料を押し出すための外部ランド型、及び、パターン化されたウェブを製造するための方法も開示されている。
2007523778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を押し出すための外部ランド型と、
該外部ランド型に近接近するパターン化されたローラとを含む、
パターン化された材料を製造するための装置。
【請求項２】
前記パターン化されたローラは、ジンバルの上に取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記パターン化されたローラは、前記外部ランド型に対する２つの軸の上での回転を許容よう制限される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パターン化されたローラは、回転のために取り付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記外部ランド型と前記パターン化されたローラとの間の距離は、調節可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パターン化されたローラは加熱される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記外部ランド型は、
第一外部ランド面と、
第二外部ランド面とを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第一外部ランド面及び前記第二外部ランド面は、前記パターン化されたローラの表面に対して台形を形成する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第一ランド面は、前記パターン化されたローラの回転方向に対する発散領域を創成し、
前記第二ランド面は、前記パターン化されたローラの前記回転方向に対する収束領域を創成する、
請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記収束領域内に創成される第一流体力学上の圧力が、前記収束領域内に創成される第二流体力学上の圧力よりも少ない、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記材料内で捕捉された空気を圧縮するために、前記第二流体力学上の圧力は、１．０１×１０６Ｐａを超過する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記収束領域内の圧力変化の速度は、少なくとも１．５×１０７Ｐａ／ｓである、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
第一ヒータが、前記外部ランド面を加熱し、
第二ヒータが、前記第二外部ランド面を加熱する、
請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
前記第一ヒータは、前記第二ヒータと異なる温度で動作する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記外部ランド型の第一端部にある第一端部封止と、
前記外部ランド型の第二端部にある第二端部封止とを含み、
前記第一端部封止及び前記第二端部封止は、前記材料が前記外部ランド型の前記第一端部及び前記第二端部を越えて漏れるのを阻止する、
請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記パターン化されたローラは、通気口付きである、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記押出し材料は溶融される、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも２つの別個の層での共有押出しのために、前記材料は、少なくとも２つの別個の材料から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記材料はポリマーである、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記材料は、低いカーテン強度材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
材料を押し出すための外部ランド型と、
該外部ランド型に近接近するパターン化されたローラとを含み、
前記パターン化されたローラは、回転のために取り付けられ、
前記外部ランド型と前記パターン化されたローラとの間の距離は、調節可能である、
パターン化された材料を製造するための装置。
【請求項２２】
前記パターン化されたローラは、加熱される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記外部ランド型は、
第一外部ランド面と、
第二外部ランド面とを含む、
請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記第一外部ランド面及び前記第二外部ランド面は、前記パターン化されたローラに対して台形を形成する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第一外部ランド面は、前記パターン化されたローラの回転方向に対する発散領域を創設し、
前記第二外部ランド面は、前記パターン化されたローラの前記回転方向に対する収束領域を創設する、
請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記発散領域内に創成される第一流体力学上の圧力が、前記収束領域内に創成される第二流体力学上の圧力よりも少ない、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記材料内で捕捉される空気を圧縮するために、前記第二流体力学上の圧力は、１．０１×１０６Ｐａを超過する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２８】
第一ヒータが前記第一外部ランド面を加熱し、
第二ヒータが前記第二外部ランド面を加熱する、
請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記パターン化されたローラは、少なくとも６ミクロンの深さを有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項３０】
前記第一ヒータは、前記第二ヒータと異なる温度で動作する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記外部ランド型の第一端部にある第一端部封止と、
前記外部ランド型の第二端部にある第二端部封止とを含み、
前記第一端部封止及び前記第二端部封止は、前記材料が前記外部ランド型の前記第一端部及び前記第二端部を越えて漏れるのを阻止する、
請求項２１に記載の装置。
【請求項３２】
第一外部ランド面と、
第二外部ランド面とを含み、
前記第一ランド面及び前記第二ランド面は、パターン化されたローラに対して台形を形成する、
材料を押し出すための外部ランド型。
【請求項３３】
前記第一外部ランド面は、前記パターン化されたローラの回転方向に対する発散領域を創成し、
前記第二外部ランド面は、前記パターン化されたローラの前記回転方向に対する収束領域を創成する、
請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記発散領域内で創成される第一流体力学上の圧力が、前記収束領域内で創成される第二流体力学上の圧力よりも少ない、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記材料内で捕捉される空気を圧縮するために、前記第二流体力学上の圧力は、１０気圧を超過する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
第一ヒータが、前記第一外部ランド面を加熱し、
第二ヒータが、前記第二外部ランド面を加熱する、
請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記第一ヒータは、前記第二ヒータと異なる温度で動作する、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
パターン化されたウェブを製造する方法であって、
前記ウェブを含む材料を加熱するステップと、
前記材料を制御された速度でキャビティの内部に注入するステップと、
スロットの長さに亘って前記材料を分配するステップと、
第一外部ランド面、第二外部ランド面、及び、パターン化されたローラの表面によって形成されるキャビティの内部に前記材料を押し込むステップと、
前記材料を高圧下で部分的に凝固させるステップとを含む方法。
【請求項３９】
前記材料が前記キャビティから出た後、前記パターン化されたローラ上で前記材料を継続的に凝固させるステップをさらに含む、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記ウェブは、前記パターン化されたローラから剥離される、請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
押し出される材料を製造するための装置であって、
前記材料を製造するための外部ランド型と、
該外部ランド型と近接近するローラとを含み、
該ローラは、ジンバルの上に取り付けられ、
前記ローラは、回転のために取り付けられ、
前記外部ランド型と前記ローラとの間の距離は調節可能である装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、高分子ウェブの押出し成形のための装置に関し、具体的には、自由表面ドローダウン領域を解消するようにパターン化されたウェブを直接的に形成する、外部ランド押出し型、パターン化されたローラ、及び、ジンバル式取付構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献は移動表面上への溶融材料の押出しを明瞭に記載している。押出し型は、所望の幅及び厚さの溶融カーテンを生み出すために典型的に用いられ、それはローラ表面への付着後、押出し型の出口から引き出される。
【０００３】
溶融材料とローラ表面との均一な接触を保証にするために、例えば、２つのローラ間に形成されるニップ、真空室、空気ナイフ噴流、及び、空気を界面から除去してローラ面を複製する十分な圧力を生み出す静電引力のような様々な手段が用いられるが、それらに限定されない。
【０００４】
ローラ表面間隙に対する型リップは、これらの全ての技法の結果である。型リップとローラ表面との間の自由表面領域に進入する溶融材料の流体性は、材料の不均一な再分布を引き起こす。所望の厚さプロファイル及びローラ表面の複製は、材料の再分布によって否定的に影響され、空気吸込み及び非均一接触圧力のような問題の故に、それは厚さ不均一性及び不十分な表面複製の領域を招き得る。
【０００５】
ローラ用途に対する従来的な押出し型では、物理的な制約が、型リップ出口とローラ表面との間の溶融材料のカーテンを除去することを妨げる。押出し型及びローラ構造のための機械的要件が、構成素子が溶融カーテンを除去するよう配置することを妨げる。
【０００６】
塗布方法及び装置に関する最近の米国特許出願公開第２００３／０１７５４３０Ａ１号（Ｔｏｍａｒｕ）は、溶剤塗布型が、塗膜溶液を塗膜型と移動ウェブ表面との間の界面に供給する着想を記載している。出願の主要な意図は、特定の表面特性要件を備えた溶融押出しウェブを創成する意図なしに、移動ウェブ材料上に溶液の均一な層を創成することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
押出し型の出口とローラ表面との間の自由表面間隙を除去する装置が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に、本発明の１つの特徴によれば、装置は、材料を押し出すための外部ランド型を含むパターン化された材料を製造する。パターン化されたローラが、外部ランド型に近接近している。
【０００９】
この装置は、溶融カーテンネックイン及びロールニップ界面を除去する。型リップ長さ、収束角度、及び、ローラ表面間の間隙は、円滑な外部表面一方の側面上に備え且つ複製ローラ表面を他方の側面上に備える連続的なウェブを形成するのに十分なレベルの均一な圧力を発展するために、押出し速度、ローラ表面速度、材料特性、及び、所望最終ウェブ厚さの関数として最適化し得る変数である。この装置は、設計され、組み立てられ、且つ、試験された。型リップは、型リップ表面とローラ表面との間に流れ室を創成するための拡張表面を有する。ポリマーが室内に押し出され、それを樹脂で完全に充填する。ローラは型内に装填され、この室内に発達された流体膜によって支持される。パターン化されたローラの回転は、十分なレベルの流体力学上の圧力によって誘導された剪断力を発達し、型リップとローラ表面との間の接触を阻止し、且つ、パターン特性へのポリマーの流れを促進するための均一な高圧力環境を生み出す。
【００１０】
本発明並びにその目的及び利点は、以下に提示される好適実施態様の詳細な記載においてより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、具体的には、本発明に従った装置の部分を形成する、或いは、本発明に従った装置とより直接的に協働する素子に向けられる。特に図示も記載もされない素子は、当業者に周知の多様な形態を取り得ることが理解されるべきである。
【００１２】
図１を参照すると、溶融材料が、内部キャビティ２５０及びプレランドキャビティ２６０を通じて、第一外部型ランド２２０、第二外部型ランド２３０、及び、移動ローラ表面１４０の境界面によって制限される領域に均一に分配される。押出し型外部ランドに対するローラ表面の移動によって生成される剪断作用は、外部型ランド及びローラ表面の接触を妨げる流体力学上の圧力の力を生み出すのに十分である。結果としての溶融材料上の圧力は、ローラ表面の極めて効率的な複製を保証する。第一外部型ランド２２０とパターン化されたローラ表面１４０との間の間隙の開放端部は、溶融材料で充填される。この境界を横断する材料の正味流れをゼロ流れに調節し得る。これは、ローラ表面の移動によって引き起こされる剪断誘導流れを用いて、押出し型のキャビティから境界領域内への流れを平衡することによって達成される。溶融材料は、第二外部型ランドとパターン化されたローラ表面１４０との間の開放間隙から出る。ウェブが加圧領域から出るとき、円滑な表面がウェブの表面上に伝えられる。ウェブ材料の表面特性を修正するために、第二外部型ランド２３０の温度及び表面仕上げを変更し得る。温度センサ２８０を用いて型の局地的金属温度を測定し得る。ヒータ２７０への出力を制御するために、このセンサを用い得る。回転軸と平行な方向における流れを妨げる閉塞された三次元の加圧領域を生み出すために、縁部調節封止２４０が用いられる。縁部調節封止２４０は、パターン化されたローラ表面に倣った輪郭とされ、押出し型スロットを変更するために軸方向に調節可能であり得る。
【００１３】
回転するパターン化されたローラ表面と第一外部ランド及び第二外部ランドの縁部との間に均一な間隙が維持される。これは、外部ランド押出し型１２０への被駆動パターン化されたローラ１４０の特異なジンバル式取付を通じて、動的条件の下で達成される。典型的には、押出し型は、ローラ表面に対して剛的に保持される。構成素子の熱変形及び幾何学的許容差は、不均一な間隙を生む。この装置は、被駆動ローラが固定押出し型に対する均一な整列を追求するのを可能にする二軸ジンバル式取付構成１００，１０５，１３０を利用する。パターン化されたローラは、ジンバルフレームに対するローラの斜め調節をもたらす機能を有する軸受筐体内に取り付けられる。
【００１４】
外部ランド型１２０は、機械フレームに固定され、パターン化されたローラ１４０は、型に付着されたジンバル固定物内に取り付けられる。この構成は、流れ室内で発達される圧力に基づいて、ローラ表面が型表面と整列することを可能にする。ローラ円筒表面と型リップ表面との間の十分な整列を維持するために、この設計は機械的許容差を補償する。この着想は、鋳造ウェブ形成に限定されず、基板の押出しコーティングにも適用し得る。装置は、極めて低い溶融強度を有する高分子材料を押出しコーティングする手段を提供する。典型的には、溶融カーテンの不安定性の故に、低い溶融強度ポリマ−は、押出しプロセスにおいて使用されることが禁止される。溶融ポリマーの単一ストリームがここまで記載されたが、この装置を用いて、共有押出し（多層）された溶融ポリマー流れも処理し得る。
【００１５】
図２を参照すると、第一外部型ランド２２０、第二外部型ランド２３０、及び、縁部調節封止２４０は、パターン化されたローラ表面１４０と共に、ウェブ形成プロセスが起こる溶融材料で充填された三次元領域を生み出す。
【００１６】
斜線で示される界面領域は、押出し型を通じて  第一外部型ランド２２０、第二外部型ランド２３０、及び、パターン化されたローラ表面１４０によって生み出される台形領域内に供給された溶融材料を表わしている。パターン化されたローラは、その対称な主軸について回転する。この動作は固定押出し型に対してである。
【００１７】
接触の遅延は、表面を効率的に複製するための十分な圧力が生み出される前に、パターン化されたローラ状の溶融材料の冷却を招く。溶融材料が冷却すると、効率的な複製のために求められる圧力は、極めて高い速度で増大する。従来的なアプローチは、パターン化されたローラ表面の複製を向上するために、より高いニップ力を生み出すことである。より高いニップ負荷は、負荷を適用するための高い構造剛性及び強度のパターン化されたローラ設計を必要とする。より高いニップ負荷とより大きなパターン化されたローラ直径の組み合わせは、押出し型リップからニップ地点への距離をさらに増大する。従って、溶融材料のネックインの増大がさらなる冷却と共に生じ、それはニップ地点で溶融材料の不均一層を生む。ニップ界面の幾何が所望であるとしても、溶融材料の不均一な分布は、不均一な接触圧力を生む。
【００１８】
この装置の顕著な機能は、溶融材料の過剰な冷却が起こる前に、溶融材料がパターン化されたローラ表面を十分に複製し、それによって、より少ない全体的なニップ負荷で複製プロセスを完了するために、短い滞留時間内に急激な圧力上昇に晒される均一に分布された溶融材料をもたらすことである。高い圧力が、溶融材料の温度がパターン化された表面の複製に理想的な地点で、小さな局地的領域に亘って加えられる。構成素子の機械的要件は、要求が余り厳しくない。従って、均等パターン形成プロセスのために、小さなローラを用い得る。ローラ変形はローラ面幅の第三力と比例するので、この着想は、幅能力の範囲を拡張する。１メートルより大きい典型的な広い押出し線は、より大きな直径のローラを必要とする。この装置は、ローラ構造の選択により多くの柔軟性を可能にし、例えば、ローラ表面界面に対する押出し型に影響を与えることなしに、冷却滞留時間の増大を可能にするために、ローラ直径を増大し得る。真空及び静電方法は、溶融材料とパターン化されたローラ表面との間の界面に発達し得る最大圧力に限定される。
【００１９】
１つの実験では、０．０５ｍ／ｓの線速度で、ほぼ０．１５０ｍの幅に２．５×１０−４の厚さを乗じたパターン化されたウェブを形成するために、３３０℃で８８０ポアズのゼロ剪断粘度を備える高分子材料が直接的に押出しされた。パターン化された表面粗さは、ほぼ６ミクロンＲａ（６．０×１０−６ｍＲａ）であった。溶融材料上の局地的圧力は、極めて短時間の間に３０の因数だけ増大したと推定される。これは１．５×１０７Ｐａ／ｓのオーダで急激な圧力変化を生んだ。
【００２０】
図３を参照すると、外部ランド押出し型１２０は入口溶融パイプ２１０上に支持され、双方とも剛的に取り付けられている。Ｙ方向ジンバルフレーム１０５及びＺ方向ジンバルフレーム１３０が、外部ランド押出し型１２０に取り付けられている。これらのフレームの組み合わせは、ローラが型の外部ランド領域に対する平衡位置に達することを可能にするパターン化されたローラ１４０のための取付システムを創成する。空圧負荷シリンダ１１０の作用によって、ローラをこの位置から引っ込め得る。シリンダ内に作用する空気圧力は、ローラ界面に対する型で流体力学上の圧力の力を平衡するために反作用力を構築する。パターン化されたローラ１４０は、Ｚ方向ジンバルフレーム１３０に付着された極めて精密な軸受取付１５−内に支持される。溶融材料流れを備えないロータ対型接触を妨げる固定ストップが、支持構造内に組み込まれている。ローラ対型の小さな不整列に適応するために、テーパ付き楔構成が、ジンバルフレームに対するローラの極めて精密な調節をもたらす。結果として得られるローラ表面上の力の直接的な表示をもたらすために、力測定装置が、取付構成内に組み込まれている。ジンバルフレームの不均衡を最小限化するために、構成素子は対称的に取り付けられた。パターン化されたローラドライバを平衡するために、必要に応じて、釣合錘が設けられた。Ｚ方向ジンバル角度調節１６０及び類似機能を備えたＹ方向ジンバル角度調節を通じて、Ｚ方向及びＹ方向の双方のために型に対するローラ軸の外部調節をもたらすために、調節が組み込まれた。
【００２１】
外部ランド押出し型１２０は、後方型本体２００と下方型本体１９０から成る特異な２ピース構造を特徴とする。典型的には、実際上、押出し型は、型スロットと交差し且つ幅方向と平行な平面上で分割される。双方の半体を一体に封止するために、ボルト付き継手がこの界面に沿って創成される。この設計は、出口押出しスロット付近の界面地点で漏れに晒され、それは拡張ウェブ上の不十分な縁部形成を引き起こす。この外部ランド押出し型１２０は、型の背面と平行な平面で切断されるが、それは型スロットを切り開かず、その結果、ウェブ形成領域付近に潜在的な漏れ地点のない均質な下方型本体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】拡張ランド押出し型を示す斜視図である。
【図２】パターン化されたローラに対して半径方向に取り付けられた外部ランド押出し型の関係を示す拡大断面図である。
【図３】放射状接触押出し型を示す等角断面図であり、外部ランド型、パターン化されたローラ、ジンバル式取付フレーム、ローラドライバ、空圧負荷シリンダ、及び、負荷表示器を示している。
【符号の簡単な説明】
【００２３】
１００  Ｙ方向ジンバル
１０５  Ｙ方向ジンバルフレーム
１１０  負荷シリンダ
１２０  外部ランド押出し型
１３０  Ｚ方向ジンバルフレーム
１４０  パターン化されたローラ
１５０  軸受取付
１６０  Ｚ方向ジンバル角度調節
１９０  下方型本体
２００  後方型本体
２１０  入口溶融パイプ
２２０  第一外部ランド
２３０  第二外部ランド
２４０  縁部調節封止
２５０  内部キャビティ
２６０  プレランドキャビティ
２７０  ヒータ
２８０  温度センサ
【図１】
2007523778.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007523778.tif 000006
2007523778.tif 000007
2007523778.tif 000008