(57)【要約】  貼合せ製品を形成させる方法は、光学的構造を有する型押しされた第１の表面および対向する第２の表面を有するフィルム（２）を準備し；一対の貼合せロール（５，６）のロール間隙個所にフィルムを案内し；ポリマーシート（４）を前記ロール間隙個所（７）に供給し、この場合このポリマーシートは、ポリマーシートとフィルムとの間で熱的結合を可能にするのに効果的な表面温度を有し；およびポリマーシートをフィルムの第２の表面に貼り合わせることを含む。本発明によるプロセスは、現存する工業的技術に対して、フレネルレンズフィルムをアクリルシートに貼り合わせることに関連した、費用および環境的影響を減少させる。
2011519750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貼合せ製品を形成させるための方法において、次の工程：
光学的構造を有する型押しされた第１の表面および対向する第２の表面を有するフィルムを準備し；
一対の貼合せロールのロール間隙個所にフィルムを案内し；
ポリマーシートを前記ロール間隙個所に供給し、この場合このポリマーシートは、ポリマーシートとフィルムとの間で熱的結合を可能にするのに効果的な表面温度を有し；およびポリマーシートをフィルムの第２の表面に貼り合わせることを有することを特徴とする、貼合せ製品を形成させるための方法。
【請求項２】
フィルムは、アクリルを基礎とするフィルムである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
フィルムは、約０．５ｍｍ〜約０．９ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
フィルムの第１の表面の温度は、フィルムのガラス転移温度より低い、請求項１記載の方法。
【請求項５】
光学的構造は、フレネルレンズである、請求項１記載の方法。
【請求項６】
フィルムは、格子パターンで配置された正方形の個々のフレネルレンズのマトリックスを有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
フィルムを線形フレネルレンズとして形成させ、この場合このパターンは、フィルムの長さに対して連続的である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ポリマーシートは、ＰＭＭＡシートである、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ポリマーシートの基材ポリマーは、ブチルアクリレート改良剤を有する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ポリマーシートは、約１．８５ｍｍ〜約５．８５ｍｍの範囲内の厚さを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
ポリマーシートは、３ｍｍの厚さであり、間隙個所でのポリマーシートの表面温度は、約１４８℃〜約１５０℃の範囲内である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
さらに、ポリマーシートが間隙個所に供給される直前に押出プロセスによってポリマーシートを形成させる工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ポリマーシートを該ポリマーシートの片面または両面での同時押出によって形成させ、この場合このポリマーは、ポリマーシートの基材ポリマーより低い軟化温度を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
さらに、フィルムの相反する厚さを補償するためにカレンダーロールの圧力を手動で調整する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
さらに、貼合せロールの１つ以上の下流の位置で貼合せ製品を冷却する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
さらに、横方向のフライングソーによって貼合せ製品を切断する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
光学的構造を有するフィルムを押し出されたポリマーシートに貼り合わせる装置であって、
第１の冷たい貼合せロール；
第２の冷たい貼合せロール、この場合第１の冷たい貼合せロールと第２の冷たい貼合せロールは、これらのロール間に間隙個所を形成し；
フィルムのための放免位置、この場合この放免位置は、フィルム上での張力を維持するための破壊システムと一緒に装備されており；および
フィルムを異なる角度で間隙個所に供給することができる１つ以上の案内ローラーを備えている、光学的構造を有するフィルムを押し出されたポリマーシートに貼り合わせる装置。
【請求項１８】
前記装置がさらに第１の貼合せロールおよび第２の貼合せロールの下流位置に形成された空冷システムを備えている、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
第２の貼合せロールがゴム被覆を有する、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
次の工程：
光学的構造を有する型押しされた第１の表面および対向する第２の表面を有するフィルムを準備し；
一対の貼合せロールのロール間隙個所にフィルムを案内し；
ポリマーシートを前記ロール間隙個所に供給し、この場合このポリマーシートは、ポリマーシートとフィルムとの間で熱的結合を可能にするのに効果的な表面温度を有し；およびポリマーシートをフィルムの第２の表面に貼り合わせることを有するプロセスによって製造された貼合されたフレネルレンズ。
【請求項２１】
次の工程：
光学的構造を有する型押しされた第１の表面および対向する第２の表面を有するフィルムを準備し；
一対の貼合せロールのロール間隙個所にフィルムを案内し；
ポリマーシートを前記ロール間隙個所に供給し、この場合このポリマーシートは、ポリマーシートとフィルムとの間で熱的結合を可能にするのに効果的な表面温度を有し；およびポリマーシートをフィルムの第２の表面に貼り合わせることを有するプロセスによって製造された貼合されたフレネルレンズを有する太陽熱収集器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．分野
本発明は、一般に、型押しされた光学的構造を有するフィルムをポリマーシートに貼り合わせるための方法およびプロセス、よりいっそう詳述すれば、フレネルレンズパターンを有するフィルムを、レンズ構造の完全性に損傷を与えることなくシートに熱的に結合させる方法およびプロセスに関する。
【０００２】
２．関連技術の記載
フレネルレンズは、１８００年代から存在しており、投写型ＴＶｓ、頭上投影機、自動車用前照灯、灯台等に使用されてきた。最近、フレネルレンズは、エネルギーを電気に変換する光起電ソーラーレシーバ上に太陽エネルギーを焦点調節するために使用されている。
【０００３】
光学的要素、例えば剛性、耐候性および耐摩耗性を有するように型押しされたフィルムの性質を改善するために、型押しされたフィルムを支持フィルムに貼合せすることが望まれている。通常、大部分の目的に対しては、薄手の支持フィルムで十分である。しかし、フレネルレンズがソーラーコンセントレータに使用される場合には、フレネルレンズの剛性を増大させるためにフレネル型フィルム（the Fresnel film）を厚手のシート基体に貼り合わせることが望ましく、その結果、このフレネル型フィルムは、ソーラーコンセントレータに簡単に取り付けることができる。
【０００４】
貼合されたフレネルレンズを製造するための通常の工業的標準法は、商業的に入手可能なフレネルレンズをアクリルシートに、塩化メチレンを用いてセメント付けするオフライン法を含む。このプロセスは、不利な環境による影響力を有する。それというのも、塩化メチレンは、米連邦規制法に記載された危険性大気汚染物であるからである。更に、貼合せは、フィルムの押出またはシートの押出プロセスとは別の１つの工程であるので、よりいっそう費用を投入して最終製品が得られる。
【０００５】
熱的貼合せは、任意の接着剤を必要とすることなく一定の温度で、型押しされたフィルムを支持フィルムに結合させる。オフラインの熱的貼合せは、薄手のフィルムを用いて実施されることができるが、しかし、フレネルレンズのような厚手のフィルムに対しては、問題を含む。これは、即ち、フレネル型フィルムを厚手のシートに熱的に結合するには、大量の熱が必要であり、この熱が通常、光学的構造を破壊するからである。
【０００６】
また、型押しされたフィルムは、オンラインの貼合せ法によってキャリヤーフィルム上に貼り合わされてきた。本明細書中に全文が参考のために挙げられた米国特許第５９４５０４２号明細書には、光学的要素を有するフィルムを、型押しされたフィルムの押出プロセス中にキャリヤーフィルムに貼り合わせる方法が記載されている。この方法によれば、合成樹脂シート材料の出発温度に等しいかまたは該出発温度より高い温度を有する合成樹脂シート材料は、最初に可動金型との緊密な接触にもたらされ、次にキャリヤーフィルムは、前記金型と対向するシート材料の側に供給され、なおその上、貼合される。次に、生じる貼合せフィルムは、前記合成樹のガラス転移温度より低い温度に冷却され、前記金型から剥離される。
【０００７】
本明細書中に全文が参考のために挙げられた米国特許第６３７５７７６号明細書には、型押しされた要素の正確なパターンを有する熱可塑性ポリマーフィルムにキャリヤーフィルムを貼り合わせるための方法が開示されている。この米国特許明細書の記載によれば、ラミネートは、加熱された型押し工具上に樹脂状フィルムおよびキャリヤーフィルムを連続的に供給することによって形成され、この場合樹脂状フィルムは、型押し工具に押圧され、この樹脂状フィルムのガラス転移温度を上廻るように加熱され、一方、キャリヤーフィルムは、このキャリヤーフィルムのガラス転移温度を下廻る温度で維持される。樹脂状フィルムがキャリヤーフィルムに結合した後に、ラミネートは、冷却され、型押し工具から剥離される。
【０００８】
前記米国特許第５９４５０４２号明細書および前記米国特許第６３７５７７６号明細書に開示されたオンラインの貼合せ法は、薄手の型押しされたフィルムおよび薄手のキャリヤーフィルムを用いて十分に作業される。米国特許第５９４５０４２号明細書には、型押しされたフィルムが１０〜１００μｍの範囲内の厚さを有し、キャリヤーフィルムの厚さが一般に３５〜１５０μｍの範囲内にあることが開示されている。
【０００９】
厚手の型押しされたシート、例えばアクリル基体を有するフレネルレンズのオンラインの製造は、ベンズ（Bens）の米国特許第５６５６２０９号明細書中に開示された。このベンズの米国特許第５６５６２０９号明細書には、高い粘度の成形化合物および低い粘度の成形化合物を同時押出するために設計された３本ロール艶出スタックを用いて線形フレネルレンズを製造する方法が記載されている。
【００１０】
この米国特許明細書は、本明細書中に全文が参考のために挙げられている。ベンズ（Bens）の米国特許第５６５６２０９号明細書は、フレネルレンズを製造するためのオンラインプロセスを提供し、一方で、このプロセスによって製造されたレンズは、端部が殆んど鋭利でないことが見い出された。
【００１１】
同時に環境に対して最少の汚染をもたらす一方で、フレネルレンズを厚手のポリマーシートに貼り合わせるのに効果的な方法の必要性は、依然として存在する。
【００１２】
概要
現存する工業的技術に対して、光学的構造を有する型押しされたフィルムをポリマーシートに貼り合わせることに関連した、費用および環境的影響を減少させる熱的貼合せプロセスが本明細書中に開示されている。
【００１３】
このプロセスは、次の工程：光学的構造を有する型押しされた第１の表面および対向する第２の表面を有するフィルムを準備し；一対の貼合せロールのロール間隙個所（nip point）にフィルムを案内し；ポリマーシートを前記ロール間隙個所に供給し、この場合このポリマーシートは、ポリマーシートとフィルムとの間で熱的結合を可能にするのに効果的な表面温度を有し；およびポリマーシートをフィルムの第２の表面に貼り合わせることを含む。
【００１４】
１つの実施態様において、型押しされた構造は、フレネルレンズであり、ポリマーシートは、アクリルシート、有利にＰＭＭＡシートである。
【００１５】
本発明によるプロセスは、接着剤または付加的な熱を全く必要としない。フィルムそれ自体以外の付加的な最少の汚染源が存在する。必要とされる付加的な装置は、二次加工のために比較的簡単で安価である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】型押しされたフィルムとポリマーシートとの貼合せを含むプロセスおよび装置を示す略図。
【図２】図１の装置の一部分を拡大した略示断面図。
【図３】本発明の１つの実施態様による貼合されたフレネルフィルムの表面図。
【００１７】
詳細な説明
図面、最初に図１に言及して言えば、型押しされたフィルムをポリマーシート上に貼合せることを含むプロセスおよび装置を説明する１つの略図が示されている。作業の流れ方向を示す矢印１００を有する図に示されているように、ポリマーシート４およびフィルム２は、２個のカレンダーロール５と６とのロール間隙個所７中に供給され、互いに結合される。前記カレンダーロールの双方は、冷たい硬質金属ロールである。
【００１８】
図２に示されているように、フィルム２は、光学的構造を有するように型押しされた第１の表面１１およびポリマーシート４に貼り合わせることができる第２の表面１０を有する。フィルム２は、任意の公知方法で型押しすることができ、および貼合せ前に環境温度である。フィルム２は、商業的な源から得ることもできる。図１に言及して言えば、１つの実施態様において、フィルム２は、ロール１に供給され、１個以上の案内ロール３によってロール間隙個所７中に供給される。図１に示されたように、フィルム２が、例えばオフセット案内ロール３’によってロール間隙個所７に供給されうることは、評価される。
【００１９】
本明細書中で、ポリマーシートは、１ｍｍを上廻る厚さを有するシートとして定義されている。本発明の１つの実施態様において、ポリマーシート４は、常用のシート押出プロセスにより製造される。シートがなお熱く柔軟である場合には、このシートは、フィルム２の表面１０（図２）との緊密な接触を生じるように、ロール間隙個所７中に供給される。ロール間隙個所７でのポリマーシート４の温度は、貼合せの成功にとって極めて重要である。表面温度が低すぎるならば、全く結合は存在しないであろう。表面温度が高すぎるならば、フィルム２の光学的構造は、破壊されるであろう。同時にフィルム２の光学的構造の完全性を維持する一方で、ポリマーシート４がシート４とフィルム２との間の熱的結合を保証するために効果的である表面温度を有することは、評価される。３ｍｍのＰＭＭＡのポリマーシートのためには、操作個所での例示的な表面温度は、約１２０℃〜約１７５℃、有利に１４０℃〜１６０℃の範囲内にある。
【００２０】
フィルム２がロール間隙個所７でポリマーシート４との密接な接触にもたらされた後に、熱的結合は、起こり、フィルム２は、シート４に貼合される。貼合せ中に必要とされる外部の熱は、存在しない。熱的結合に必要とされる熱は、シート４からの内部熱によって提供される。貼合せプロセス中に、フィルム２の表面温度は、該フィルムのガラス転移温度より低く維持され、光学的構造の歪みが回避される。
【００２１】
貼合せ後、ラミネートは、複数の冷却ロールを含む冷却帯域９にさらに案内される。ラミネートが室温、通常、２２℃に冷却された後、完成品は、例えば端部個所でのフライングソーによって切断される。
【００２２】
１つの実施態様において、光学的構造は、フレネルレンズであり、ポリマーシートは、アクリルシート、有利にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）シートである。フレネルレンズは、正方形、矩形または他の望ましい形状であることができた。フィルムの厚さには、特殊な制限はないが、一般に０．５〜０．９ｍｍの範囲内であることができる。ポリマーシートの厚さは、一般に１．８５〜５．８５ｍｍの範囲内にあることができる。
【００２３】
本発明の別の実施態様において、前記フィルムは、格子パターンで配置された、約１７．７８ｃｍ（７''）×約１７．７８ｃｍ（７''）の個々のレンズから構成されている。図３は、この実施態様によれば、貼合されたフレネルフィルムの正面図を提供する。
【００２４】
通常のシート製品のための標準の操作条件で、フィルムは、機械方向（ＭＤ）に延伸され、および貼合せ前および後のレンズの幅および長さの測定から見て横方向（ＴＤ）に収縮する。従来、一定量の張力は、カレンダー掛けプロセス直後の弛みからリボンを回避させるためにＮＤ方向に印加されていた。現在、延伸は、ＭＤ張力を減少させることによって除去されうることが見出されている。種々の操作条件下での詳細な収縮／延伸データは、第１表中に示されている。
【００２５】
反りは、貼合された製品が被りうる別の問題である。通常、貼合せ後、シートの反りは、フレネル表面に向かって窪む。反りを測定するための１つの方法は、２つの長さ約９２．７１ｃｍ（３６．５''）×幅約１０．１６（４''）のストリップをそれぞれの方向に切断し、これらのストリップを窪み面と垂直方向に互いに面するように置き、これらのストリップ間の最大幅の距離を測定し、および結果を二等分する。３ｍｍの貼合された基体上での典型的な反りは、公称でそれぞれの方向に１３ｍｍである。本発明者らは、反りの効果を減少させる幾つかの方法が存在することを見出した。
【００２６】
最初に、耐衝撃性改良剤がシート基体に添加された場合には、生じる反りは、著しく減少される。例えば、ブチルアクリレート８％がシート基体に添加された場合には、公称の生じる反りは、１３ｍｍから７ｍｍへ減少される。
【００２７】
常に、フィルム基材のポリマー樹脂は、添加されたブチルアクリレート耐衝撃性改良剤を有し、この耐衝撃性改良剤は、ロール上で脆性および反りの助長を減少させる。しかし、ポリマーシートの典型的な基材ポリマーは、耐衝撃性改良剤を含有せず、それ故に、フォルムとは異なる熱膨張係数を有する。シートは、冷却されるにつれて、基体およびフィルムは、異なる最終寸法に収縮し、反りを引き起こす。基材シート基体への耐衝撃性改良剤の導入は、フィルムとシートとの間の熱膨張係数の差を生じ、それ故に著しく反りを減少させる。
【００２８】
第２に、フレネル型レンズフィルム表面をロール間隙個所の下流で空冷することは、反りを種々の程度に減少させる。例えば、ラミネートを異なる下流位置で空冷することは、公称の反りを１３ｍｍから７〜１２．５ｍｍへ減少させる。異なる操作条件下での反りの効果についての詳細な実験データは、第２表中に示されている。
【００２９】
【表１】
2011519750.tif 000003
【００３０】
【表２】
2011519750.tif 000004
【００３１】
これにより、本発明によって形成された、貼合されたフレネルフィルムの例は、実施例１〜５として表わされている。
【実施例】
【００３２】
実施例１
多重の円形のフレネルレンズの型押しされたパターンを有する変性されたアクリルフィルムを、半溶融されたアクリルポリマーシートに貼合せた。このフィルムは、ミネソタ州ミネアポリス市の３Ｍ社の製品であった。型押しされたフィルムをロール上に供給し、およびこのロールから一対のカレンダーロールのロール間隙個所中に供給した。ポリマーシートを常用のシート押出プロセスを用いて形成させた。フィルムが貼合されたアクリルシートは、３ｍｍの厚さであり、貼合せ個所で１４８℃〜１５０℃の表面温度を有していた。一対のカレンダーロール間のロール間隙は、適用されたフィルムが操作個所でアクリルポリマーと完全に接触することを保証するのに十分な圧力を提供するように調整された。型押しされたパターンの鮮鋭さを維持するために型押しされた表面の温度を型押しされた表面のガラス転移温度より低く保つことは、重要なことである。最終ロールの速度と上流のロールの速度との比は、０．９８０対１．００の比に維持され、型押しされたフレネルレンズは、歪みからシートおよびフィルムラミネートとして冷時ないし室温に保たれた。
【００３３】
実施例２
当プロセスは、実施例１の開示内容と同様であるが、連続的な線形フレネルパターンを形成されたシートに適用されるフィルム中に型押しした。
【００３４】
実施例３
基材の押出されたポリマーシートを、コアのポリマーシートより低い軟化温度で該シートの片面または両面でアクリル基材ポリマーを同時押出することによって形成した。これは、シートの表面を軟化させ、圧力を貼合せフィルムに印加した場合には、よりいっそう軟質のポリマーは、よりいっそう低い圧力の領域に流れることができ、前記フィルムとよりいっそう良好な付着力を提供する基体との間の間隙を充填する。残りの設定は、実施例１と同様であった。
【００３５】
実施例４
ラミネートを実施例１、２および３と同様に形成したが、この場合には、よりいっそう十分な圧力をフィルム／ポリマーシートの間隙個所に印加するために十分な圧縮性および温度能力のゴム被覆を有する最終カレンダーロールを用いて実施した。
【００３６】
実施例５
ラミネートを実施例１〜４と同様に形成した。詳細な実験の設計および貼合せの結果は、第３表中に示された。
【００３７】
【表３】
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【符号の説明】
【００３８】
１  ロール、  ２  フィルム、  ３  案内ロール、  ３’  オフセット案内ロール、  ４  ポリマーシート、  ５，６  ２個のカレンダーロール、  ７  ロール間隙個所、  ９  複数の冷却ロールを含む冷却帯域、  １０  第２の表面、  １１  第１の表面、  １００  作業の流れ方向を示す矢印
【図１】
2011519750.tif 000006
【図２】
2011519750.tif 000007
【図３】
2011519750.tif 000008
【国際調査報告】
2011519750.tif 000009
2011519750.tif 000010
2011519750.tif 000011
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