(57)【要約】【課題】安価でありメンテナンス性にも優れたフィードブロックの利点を活かしつつ、目標の積層状態を精度良く効率的に得られる多層フィルムの製造装置を提供する。【解決手段】フィードブロックにおいて複数の溶融ポリマー流を合流させ、口金スリット出口から押し出して多層フィルムとなす多層フィルムの製造装置の設計方法であって、溶融ポリマーの流動解析手段を用いてフィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマーの流動解析を行う工程と、該流動解析の結果より口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態を評価する工程とを含み、口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が目標とする範囲に入るまで前記流動解析の解析条件を変更してこれらの工程を繰り返し、溶融ポリマーの流路形状を決定する工程を含む、多層フィルム製造装置の設計方法。【選択図】図８
2004082450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードブロックにおいて複数の溶融ポリマー流を合流させ、口金スリット出口から押し出して多層フィルムとなす多層フィルム製造装置の設計方法であって、
溶融ポリマー流動解析手段を用いてフィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマーの流動解析を行う工程と、
該流動解析の結果より口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態を評価する工程とを含み、
口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が目標とする範囲に入るまで前記流動解析の解析条件を変更してこれらの工程を繰り返し、溶融ポリマーの流路形状を決定する工程を含む、多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項２】
複数の溶融ポリマー流の合流部から少なくとも１０ｍｍ以上上流より溶融ポリマー流動解析を行う請求項１に記載の多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項３】
溶融ポリマー流動解析において、溶融ポリマーと溶融ポリマー流路壁面の間の熱連成解析を行う請求項１または２に記載の多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項４】
複数の溶融ポリマー流を構成する溶融ポリマーとして粘度の異なる複数の異種の溶融ポリマーを用いる多層フィルム製造装置の設計に際し、流動解析において温度の異なる複数の同種の溶融ポリマーの使用を仮定し、その解析結果から前記粘度の異なる複数の異種の溶融ポリマーの流れを予測する、請求項１〜３のいずれかに記載の多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項５】
口金スリット出口における複数の溶融ポリマーの積層状態とキャストフィルムまたは延伸後のフィルムにおける複数のポリマーの積層状態との相関を予め求め、口金スリット出口における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定する請求項１〜４のいずれかに記載の多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項６】
キャストフィルムにおける表層ポリマーの積層幅がキャストフィルム全体の幅より狭くなるよう、口金スリット出口における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を設定する請求項５に記載の多層フィルム製造装置の設計方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の多層フィルム製造装置の設計方法を工程に含む、多層フィルム製造装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の多層フィルムの製造装置の製造方法により製造した多層フィルム製造装置を用いて多層フィルムを製造する、多層フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多層フィルム製造装置の設計方法および製造方法、ならびに多層フィルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、これらの特性を付与するための有用な手段として、フィルムを多層にする方法が用いられている。
【０００３】
溶融ポリマーを積層して多層フィルムを製造する方法としては、大別して多層口金を用いる方法とフィードブロックを用いる方法がある。
【０００４】
多層口金の場合、図１５に示すように複数の溶融ポリマーが口金内で合流してスリットから吐出されるまでの流路長が短かいため、溶融ポリマーが合流したときの積層状態をほぼ維持してスリットから吐出され、吐出されるとすぐに硬化するため、ポリマーの積層状態は口金内の溶融ポリマー合流部の形状により容易に調整できる。しかし、多層口金は１台あたりの価格が高く、また多種多様の品種を製造するには高価な多層口金を複数持たなければならない。しかも多層口金は、フィードブロックに比べ一般的にサイズ、重量ともに大きく、また構造が複雑であることからフィルムの品種切り換え時の口金交換や洗浄に手間がかかるなどメンテナンス性の悪さもある。
【０００５】
一方、フィードブロックは、口金マニホールド入口の上流に設置し、複数の溶融ポリマー流を合流させる機能を持ち、多層口金よりも装置として安価であり、またサイズ、重量ともに小さいため、フィルムの品種切り換えの時の交換や洗浄などのメンテナンス性においても多層口金よりも優れている。しかし、フィードブロックは口金より上流に設置するため、複数の溶融ポリマーがフィードブロック内で合流した後、ポリマー管や口金内を流れて口金スリットから吐出されるまでの流路長が多層口金の場合に比べて長いので、ポリマーの積層状態は口金スリット出口に達するまでに刻々と変化し、口金スリットから吐出されるときのポリマーの積層状態を目標の状態にコントロールすることは一般に困難とされてきた。従って、フィードブロックを用いる場合、ポリマーが目標の積層状態になるまで数多くのフィードブロックを経験や勘に頼って試行錯誤で設計、製作し評価する必要があったため、フィードブロックの開発に長期間を要し、結局は費用に関しても多層口金と比べて大幅に削減することはできなかった。
【０００６】
例えば特公平６−４９３１９号公報には、複数のフィードブロックを製作しなくてもよいように予めフィードブロックにポリマーの流路形状を調整する機構を設けておくことが開示されているが、ポリマー流路形状を任意の形状に変えることはできないので、必ずしも最適な流路形状になるとは限らない。またこの場合、調整機構が付く分、そこにポリマーの滞留やポリマー漏れが生じやすくなり、これらを防止する対策が必要となるため、調整機構をもたないフィードブロックと比べて構造もさらに複雑となり、結局、多層口金の短所であった高価格やメンテナンス性の悪さを大幅には改善しにくかった。また、この調整機構による調整は試行錯誤の繰り返しとなるため、その間の原料のロスも無視できないものであった。
【０００７】
また例えば特開平７−１５６０号公報には、口金出口において目的とするフィルム層分布を得るために、フィードブロック出口における樹脂層分布がどうあるべきかを予め実験で求めておき、フィードブロック出口における樹脂層分布が目的とする樹脂層分布の一定の範囲に入るまで、吐出量や流路形状を変更して３次元流動解析を繰り返し行うことが開示されている。しかし、この場合、前記の特公平６−４９３１９号公報に開示の技術において指摘した問題点に加え、原料や吐出量などの生産条件や口金などの装置仕様が新規になる度に口金出口のフィルム層分布とフィードブロック出口の樹脂層分布の相関を実験で求める必要が生じることが予想される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安価でありメンテナンス性にも優れたフィードブロックの利点を活かしつつ、目標の積層状態を精度良く効率的に得られる多層フィルムの製造装置を効率よく提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
フィードブロックにおいて複数の溶融ポリマー流を合流させ、口金スリット出口から押し出して多層フィルムとなす多層フィルム製造装置の設計方法であって、溶融ポリマー流動解析手段を用いてフィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマーの流動解析を行う工程と、
該流動解析の結果より口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態を評価する工程とを含み、
口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が目標とする範囲に入るまで前記流動解析の解析条件を変更してこれらの工程を繰り返し、溶融ポリマーの流路形状を決定する工程を含む多層フィルム製造装置の設計方法である。
【００１０】
また本発明は、上記の多層フィルム製造装置の設計方法を工程に含む、多層フィルムの製造装置の製造方法である。
【００１１】
また本発明は、上記の多層フィルム製造装置の製造方法により製造した多層フィルム製造装置を用いて多層フィルムを製造する、多層フィルムの製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る多層フィルムの製造装置の一態様として２層フィルム製造装置を示す。
【００１３】
本態様においては２層フィルムであるため押出機は合計２つであるが、３層以上のフィルムの場合は押出機を３つ以上備えた同様の構成であってもよい。
【００１４】
ポリエチレンテレフタレートなどのポリマーは、多層フィルムのコア層となるポリマーはホッパー１から、表層となるポリマーはホッパー８から、押出機２，９に供給され、この押出機２，９により加熱、混練されて、溶融状態になり短管３，１０へ押し出される。次いで、溶融ポリマーは、吐出量の精度を向上させるために設けられたギヤポンプ４，１１にて計量され、定量的に押し出されて、短管５，１１を通り、濾過装置６，１３に至る。この濾過装置６，１３により、異物や熱劣化物が除去された溶融ポリマーは、短管７，１４を通ってフィードブロック１５に供給される。フィードブロック１５において合流した複数の溶融ポリマーは、単層口金１６から冷却ドラム１７にシート形状に押し出される。単層口金の型としては、Ｔ型、コートハンガー型、フィッシュテール型などいずれの型であってもよい。また、冷却ドラム１７はその表面が室温程度に制御されつつ、矢印Ａ方向に回転しており、この冷却ドラム１７上にシート形状に押し出された溶融ポリマーは、冷却ドラム１７上に密着した後、固化してシート形状に成形される。この段階のフィルムをキャストフィルムと呼ぶ。次いで、固化したシート１９は、引き剥がしロール１８により、冷却ドラム１７から引き剥がされ、幅方向の厚みを厚さ計２０で監視された後、縦延伸機２１で縦方向に延伸され、横延伸機テンター２２で横方向に延伸された後、厚さ計２３によって幅方向に厚みを測定されて巻取ロール２４で巻き取られる。また、厚さ計２０，２３によって得られたシート幅方向の厚みデータは厚みデータ処理装置２５によりデータ処理され、これをもとに口金スリット幅方向の対応する位置においてスリット間隙が間隙調整機構によって調整される。
【００１５】
次に、フィードブロック１５について説明する。フィードブロックの材質は金属が使用されることが多いが、好ましくはステンレス鋼である。また、耐熱性や寸法安定性に優れたセラミックスや、さらにセラミックスの脆性を克服した繊維強化セラミックスなどでも良い。図２はフィードブロックにおける溶融ポリマー流路の断面図であり、２層フィルムのコア層となるポリマーの流路２８と２層フィルムの表層となるポリマーの流路２９は壁２７によって仕切られている。矢印Ｃ、Ｄはそれぞれ２層フィルムのコア層と表層となるポリマーの流れ方向を示し、両者はＥ−Ｅ断面にて合流する。ここで、コア層とはフィルムを構成する層のうち厚みが比較的大きな層を指し、表層とは多層フィルムのフィルム厚さ方向における最外層のうちコア層を除いた層を指す。従って、例えば２層フィルムの場合は、一方がコア層で他方が表層となる。３層フィルムであれば、フィルム厚さ方向において中央の層がコア層となり、コア層の両側の層が表層となることが多い。
【００１６】
図３〜図６に図２のＥ−Ｅ断面における溶融ポリマー流路の形状の例を示す。溶融ポリマー合流部の流路断面の形状としては図３、図４のように四角形以上の多角形が好ましく、必要によっては図５、図６のように円弧状の部分があってもよい。
【００１７】
図７はフィードブロック１５と口金１６の三面図を示す。左下の図は、図１の矢印Ｂ方向から見た２層フィルム３１が口金スリット出口３０より吐出され冷却ドラムでキャストされる様子を示す。また、図７は口金１６の直上にフィードブロック１５を設置しているが、例えばフィードブロック１５と口金１６の間にポリマー管を設けた構造であっても良い。
【００１８】
さて、フィードブロックを用いて多層フィルムを製造する場合、図７のＦ−Ｆ断面で複数の溶融ポリマーが合流した後、積層された溶融ポリマーは、フィードブロック１５内、口金１６内を流れて、口金スリット出口３０から吐出される。この間、溶融ポリマーの積層状態は刻々と変化し、口金スリット出口３０において目標の積層状態を得ることは従来の技術においては容易なことではない。
【００１９】
本発明によれば、多層フィルムを製造する際に目標の積層状態が容易に得られる多層フィルム製造装置の設計方法は以下の通りである。
【００２０】
本発明の多層フィルム製造装置の設計方法は、溶融ポリマー流動解析手段を用いてフィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマーの流動解析を行う工程を有する。フィードブロック出口までのみではなく、口金出口までの３次元流動解析を行うことが重要である。そうすることで、口金出口のフィルム層分布とフィードブロック出口の樹脂層分布の相関をわざわざ実験で求める必要がなくなり、非常に効率的である。
【００２１】
具体的な態様例としては、まず、フィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマー流路の形状を仮に設定し、設定したポリマー流路形状を微小要素に分割して計算用モデルを作成する。微小要素の形状としては、２次元の計算であれば例えば３角形や４角形などの多角形要素を、３次元の計算であれば例えば４面体や、３角柱などの５面体、そして立方体や直方体などの６面体のような多面体要素を用いる。ここで、溶融ポリマーは３次元的に流速や温度などの物理量が変化するため２次元の計算よりも３次元の計算を行う方が好ましい。仮に設定する流路形状については、フィードブロックと口金の両方を仮に設定する以外にも、口金は既存であることを前提としてフィードブロックの流路形状のみを決定したり、フィードブロックが既存であることを前提として口金の流路形状のみを決定しても良い。しかし、これらいずれの場合も、フィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマー流路の計算用モデルを作成しフィードブロックと口金とを一体の計算モデルとして流動解析を行うことが好ましい。また、口金とフィードブロックの間にポリマー管が設置された構成である場合には、これもポリマー流路として計算することが好ましい。
【００２２】
また、計算機上での計算用モデルの容量を小さくし、計算時間を短縮するために、溶融ポリマー流路の構造がフィルム幅方向またはフィルム厚さ方向のいずれかの中央面に対して対称であれば、計算用モデルは実際の構造の２分の１モデルとし、さらにフィルム幅方向とフィルム厚さ方向の両方について対称であれば４分の１とすることが好ましい。図８は計算用モデルの一例であるが、フィードブロック３３と口金３４の流路構造がフィルム幅方向（矢印Ｇ）の中央面３５に対して対称であるため、実際の構造の２分の１のモデルとしている。これで計算時間は、実際の構造を計算用モデルにする場合と比べて少なくとも半分以下となる。
【００２３】
そして、フィードブロックについては、必ずしもフィードブロック内の全溶融ポリマー流路について計算用モデルを作成する必要はなく、複数の溶融ポリマーの合流部付近より下流についてのみ計算用モデルを作成すればよい。ただしこの場合、実際の溶融ポリマー流れをできるだけ正確に表し、溶融ポリマー流れの予測精度を向上させるためには、フィードブロックにおける複数の溶融ポリマーの合流部において溶融ポリマー流れが定常状態になっているのが望ましい。従って、本発明によれば、計算用モデルの作成は、複数の溶融ポリマーの合流部から少なくとも１０ｍｍ以上上流より行うことが好ましい。例えば、図９はフィードブロックの溶融ポリマー合流部付近を表しており、２種類の溶融ポリマーがＨ−Ｈ断面で合流する。ここでは計算用モデルの境界条件として、溶融ポリマーの流量を溶融ポリマー流路の断面積で割って溶融ポリマーの流速ベクトル３６とし、溶融ポリマーの合流部より１０ｍｍ以上上流で与えているため、溶融ポリマーが合流するＨ−Ｈ断面では２種類のポリマーがそれぞれ流速分布を有する流れ３７になっており、実際の流れをよく表しているため、図１０のように境界条件を溶融ポリマーの合流部（断面Ｈ−Ｈ）で与え流速分布が定まらないものに比べ、溶融ポリマー流れの予測精度が向上する。
【００２４】
次に、計算の手法としては、例えば有限要素法や境界要素法、および有限体積法を含めた差分法などが好ましい。溶融ポリマー流れについては、必要に応じてニュートン流かまたは非ニュートン流として計算を行えばよい。
【００２５】
また、実際にはフィードブロックやポリマー管、口金などの溶融ポリマー流路は、通常、溶融ポリマーの保温または場合によっては加熱や冷却の目的でまわりをヒーターなどで覆っているため、溶融ポリマーと溶融ポリマー流路の壁面との間で熱交換が起こる。熱交換が起こると溶融ポリマーの温度分布が変化し、温度分布が変化すると粘度分布が変化して、溶融ポリマーの流速分布などが変化することになる。そこで、実際の現象をできるだけ正確にとらえて複数の溶融ポリマー流れの予測精度を向上させるために、溶融ポリマーと溶融ポリマー流路壁面の間の熱連成解析を行うことが好ましい。さらに、溶融ポリマー流路が加熱されることによる溶融ポリマー流路の熱変形を考慮すればより好ましい。
【００２６】
フィードブロック内等を流れる複数の溶融ポリマーが、粘度の異なる複数の溶融ポリマーである場合、流動解析においては温度の異なる複数の溶融ポリマーを用いて、その解析結果から粘度の異なる複数の溶融ポリマー流れを予測することが好ましい。通常は、実現象において粘度の異なる複数の溶融ポリマーを扱うのであれば、流動解析においても粘度の異なる複数の溶融ポリマーを設定し、多層流解析を行ってそれらの間の界面位置計算を行うのが一般的である。しかし、この方法は莫大な計算時間を要するだけでなく、計算精度を向上させるためには界面位置を事前に予測しておく必要があり、通常、最適な溶融ポリマー流路を決定するまでに複数ケースの流動解析を行う必要があるが、１ケースのポリマー流れを予測する際に少なくとも２回の流動解析を行わなくてはならず、効率上難点がある。そこで、予め特定の代表ポリマーを設定し、これが、複数の異種のポリマーそれぞれのポリマー粘度を発現するポリマー温度を実験などで求めておき、流動解析に際してはこの代表ポリマーを用い、各溶融ポリマーに上記異なる粘度に対応する温度の値を与えると共に各溶融ポリマー間で温度伝達が起こらないとの条件を付して流動解析（単層流解析）を行い、最終的に粘度の異なる複数の溶融ポリマー流れを予測すればよい。つまり、粘度の異なる複数の異種の溶融ポリマー流れを、温度の異なる複数の同種の溶融ポリマー流れに置き換えることで、界面位置計算を行うことなく流動解析を行うことができ、非常に効率がよく、１ケースあたりの計算時間を大幅に短縮できるので、トータルでも設計期間の大幅な短縮につながる。ここで、粘度の測定は、例えばトキメック製や東機産業製などの市販のＢ型粘度計を用いて行えばよい。また、代表ポリマーとしては通常、コア層用のポリマーを仮定するのがよい。
【００２７】
次に、溶融ポリマーの積層状態の評価は、口金スリット出口で行う。ここで２種類以上の溶融ポリマーの境界面を判定する方法としては、ＶＯＦ法、ＭＡＣ法、レベルセット法などがある。また、多層流解析を行わない場合の複数の溶融ポリマーの境界面の判定は、例えば流動解析を実施した後に図７のＦ−Ｆ断面（複数の溶融ポリマーの合流面）から口金スリット出口３０までの複数の溶融ポリマーの境界面の流線を求めればよい。求めた流線と口金スリット出口面との交点を結べば口金スリット出口３０における複数の溶融ポリマーの積層状態を評価できる。
【００２８】
ただし、計算結果には計算誤差や計算用モデルに入力する物性データの測定誤差などの複数の誤差が含まれるため、流動解析によって評価した積層状態が実際の積層状態と比べて妥当かどうかを事前に確認することが好ましい。口金スリット出口３０での溶融ポリマーの積層状態が実際にどうなっているかを調べる方法としては、例えば、口金スリット出口３０から吐出された直後の溶融ポリマーに光線を当てて透過光または反射光を測定すればよい。この場合、表層に積層された溶融ポリマーの厚さにより透過光または反射光の強度が異なるため、これを口金スリットの幅方向に連続的に求めると溶融ポリマーの積層分布が求まる。また、コア層となる溶融ポリマーと表層となる溶融ポリマーの温度が異なる場合は、口金スリット出口３０から吐出された直後の溶融ポリマーの温度分布を赤外放射温度計などで測定すれば、表層の積層分布が推定できる。こうして求めた測定による積層分布と流動解析で求めた積層分布を比較し、流動解析の妥当性を検証すればよい。もし、流動解析結果が妥当でなければ、計算用モデルに入力している物性データや、計算用モデルにおける微小要素の間隔などを見直すと良い。ここで、すべての微小要素の間隔を小さくすれば計算精度が向上し、溶融ポリマー流れの予測精度は向上するが、要素間隔がすべて小さくなる分要素数が膨大になり計算時間が大幅に増加する。計算時間をできるだけ短縮し、かつ複数の溶融ポリマー流れの予測精度を向上させるために、特にポリマーの流速ベクトルが変化する箇所は、流速ベクトルが変化しない箇所に比べて微小要素の間隔を小さくするとよい。具体的には、最大の要素間隔に対する最小の要素間隔が２分の１以下であることが好ましい。ここで、要素間隔とは隣り合う節点どうしの間隔のことを指す。また、微小要素の間隔を相対的に小さくする箇所は、具体的には例えばポリマー流路が拡幅または縮小する箇所や、複数の溶融ポリマーの合流部、溶融ポリマー流れ方向が変化する（例えば９０°変化する）箇所、そして溶融ポリマー流路の壁面付近などが挙げられる。図１１はポリマー流路が拡幅する部分の計算用モデルの例を示す。矢印Ｉは溶融ポリマーが流れる方向を示す。さらに、３次元の計算であれば、複数の溶融ポリマーの積層厚みの予測精度を向上させるために溶融ポリマー流路におけるフィルム厚さ方向の微小要素の間隔も相対的に小さくすることが好ましい。要素間隔の決定方法は例えば、まず全ての要素間隔をほぼ同じにして実際の表層の積層厚み誤差（積層厚みのバラツキ）に対する流動解析で求めた積層厚み誤差が２０〜５０％くらいになるような要素間隔を決定し、次に前記の要素間隔を相対的に小さくする箇所のみ要素間隔を２分の１以下にすればよい。これにより複数の溶融ポリマー流れをおよそ１０％以下の誤差で予測することが可能となる。
【００２９】
また、この流動解析の妥当性の検証は、多層フィルムの製造装置の設計時に毎回行う必要はない。微小要素の間隔等のノウハウが蓄積できれば、以後は同様の要素間隔で流動解析を行えばよい。また、この検証は必ずしも生産装置を用いて行う必要はなく、テスト用の小型の装置などで行っても良い。重要なのは流動解析で実現象がどれだけの精度で予測できているかを比較検証することである。
【００３０】
次に、口金スリット出口３０での複数の溶融ポリマーの積層状態の目標を決定する方法について述べる。
【００３１】
口金スリット出口における複数の溶融ポリマーの積層状態とキャストフィルムまたは延伸後のフィルムにおける複数のポリマーの積層状態との相関を予め求め、口金スリット出口における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定することが好ましい。
【００３２】
多層フィルムにおける表層の積層厚みを均一にするためには、必ずしも口金スリット出口３０において表層となる溶融ポリマーが均一に積層されていればよいとは限らない。一般に、溶融ポリマーは口金スリット出口３０から吐出されると収縮して幅が狭くなり、それに伴い図７の口金スリット出口３０における溶融ポリマーの積層状態とキャストフィルム３２における積層状態は完全には同一にならないからである。さらに、縦延伸機２１または縦延伸機２１と横延伸機テンター２２の両方を通過した後の多層フィルムも縦または縦横の両方に延伸されることでポリマーの積層状態が変化する。従って、上記の様にして口金スリット出口３０における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定することが好ましい。
【００３３】
キャストフィルムまたは延伸後のフィルムにおける複数のポリマーの積層状態を求める方法としては、例えば多層フィルムの断面を顕微鏡などで観察して積層分布を求め、口金スリット出口での積層分布と比較すればよい。この際、例えば表層となるポリマーにカーボンブラックなどの着色剤を混入しておけば、フィルムの断面を観察する際に積層状態が観察しやすくなる。延伸を行わない場合は、口金スリット出口３０における積層状態とキャストフィルム３２における積層状態の関係を、そして、縦延伸または横延伸のどちらか一方しか行わない場合は口金スリット出口３０における積層状態と縦延伸または横延伸後の積層状態の関係を予め実験または解析で求めておき、口金スリット出口３０における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定すればよい。さらに、高い積層厚み精度を要求しない場合は、縦延伸と横延伸の両方を行った多層フィルムの変わりに、縦延伸または横延伸のどちらか一方を行った多層フィルムと口金スリット出口３０の積層状態の関係か、あるいはキャストフィルム３２と口金スリット出口３０の積層状態の関係を求めて口金スリット出口３０における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定しても良い。
【００３４】
そして、口金スリット出口３０における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を決定すれば、溶融ポリマーの流動解析により溶融ポリマー流路の形状を決定することができる。その際、目標の積層状態になるような流路の調整は、実際に用いる多層フィルム製造装置の態様に合わせ、口金のスリット間隙調整機構でスリット幅方向の間隙分布を調整しても良いし、ポリマーの流路形状を調整する機構を有するフィードブロックを用いる場合は、この調整機構により調整してもよい。
【００３５】
ここで、キャストフィルムにおける表層ポリマーの積層幅がキャストフィルム全体の幅より狭くなるよう、口金スリット出口における目標とする複数の溶融ポリマーの積層状態を設定することも好ましい。というのは、例えばフィルム表層のポリマーが高価な場合、表層ポリマーの歩留まりを少しでも良くする手段として図１２に示すようにキャストフィルム３８端部の製品にならない部分はできる限り表層ポリマーを積層しないようにすることが好ましいからである。すなわち図１２において、キャストフィルム全体の幅Ｗ１，表層の積層幅Ｗ２，製品幅Ｗ３とするときＷ１＞Ｗ２＞Ｗ３という関係が好ましい。またこのとき、フィルム端部は単層となるため、異種ポリマーが混合していないので回収して再利用できるというメリットもある。これらのメリットを得るために、具体的にはＷ１−Ｗ２＞３０ｍｍが好ましい。通常このような形態のフィルムをフィードブロックを用いて製造するには高度な積層技術を要するため、多層口金を用いることが多かった。しかし、本発明によれば、キャストフィルム３２における積層状態が図１２のような形態になるような口金スリット出口３０での溶融ポリマーの積層状態（図１３、コア層ポリマーの幅（口金スリット幅）Ｗ４，表層ポリマーの積層幅Ｗ５）を求めたうえで上記の多層フィルムの製造装置の設計方法に従って設計を行えば、従来は多層口金を用いないと困難であった図１２のような形態のフィルムの製造がフィードブロックを用いても可能となり、大幅なコストの削減やメンテナンス性の向上につながる。
【００３６】
さらに、図１４に示すように、口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が目標とする範囲に入るまで、少なくとも前述の溶融ポリマーの流動解析を行う工程と、溶融ポリマーの積層状態を評価する工程とを繰り返して溶融ポリマーの流路形状を決定する。例えば、生産条件（計算用モデルの境界条件）が変更できない場合は、ポリマー流路形状を変更した後に、変更したポリマー流路形状を再度微小要素に分割して、流動解析を行う工程と積層状態の評価する工程を繰り返す。また、生産条件を変更できる場合は、先に作成した計算用モデルにおいて境界条件を変更して、流動解析を行う工程と積層状態の評価する工程を繰り返せばよい。
【００３７】
ここで、本発明において用いられるポリマーとしては、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステルに代表される熱可塑性樹脂、メタ系アラミド、パラ系アラミドなどの耐熱樹脂を用いることができる。これら樹脂には、必要に応じて、対候材や滑材、帯電防止剤、顔料などの添加剤が配合されてもよい。
【００３８】
【実施例】
（定義）
１．積層厚み誤差
積層フィルムを構成する層について、
（最大厚み−最小厚み）／（平均厚み）×１００％
を、積層厚み誤差と定義した。この値が小さいほど厚みの精度としては高い。
【００３９】
ただし、最大厚み、最小厚み、平均厚みは、延伸後の製品幅に対応する幅範囲内におけるものである。以下の実施例においては、製品幅を７０００ｍｍとし、これに対応するキャストフィルムの幅範囲が１８００ｍｍで、さらにこれに対応する口金スリット出口における幅範囲が１９００ｍｍであることを確認した。
【００４０】
（実施例１）
ポリマーとしてコア層用と表層用の２種のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用し、図１に示す構成の製造装置を用いて、図１２に示すキャストフィルにおいてＷ３＜Ｗ２＜Ｗ１かつ６０ｍｍ＜Ｗ１−Ｗ２＜１２０ｍｍを満たすような２層フィルムを製造するためのフィードブロックから口金スリット出口までのポリマー流路形状を決定した。ここで、本実施例では口金については既存のものを用いたため、新たに流路形状を設計したのはフィードブロックのみである。
【００４１】
２種のＰＥＴの実際の物性等は、コア層用の粘度が２９０℃で１５００ｐｏｉｓｅ（１５０Ｐａ・ｓ）、表層用の粘度が２９０℃で２０００ｐｏｉｓｅ（２００Ｐａ・ｓ）であり、密度はコア層用が１１８０ｋｇ／ｍ３、表層用が１２２０ｋｇ／ｍ３である。また流量は、コア層が２０００ｋｇ／ｈ、表層が１００ｋｇ／ｈである。
【００４２】
まず、本実施例の製膜条件においては、製品となる２層フィルムの表層の積層厚み誤差を３０％以下にするには、口金スリット出口においても表層となる溶融ポリマーの積層厚み誤差を３０％以下にすればよいことを確認し、口金スリット出口における表層となる溶融ポリマーの積層厚み誤差の目標を３０％以下に設定した。
【００４３】
またさらに、図１２における前記の条件を満たすキャストフィルムを得るには、図１３に示す口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態は、１２０ｍｍ＜Ｗ４−Ｗ５＜２３０ｍｍとすればよいことを確認した。この関係は冷却ドラムの表面速度やキャストフィルムの厚さなどに応じて変化する。今回は、冷却ドラムの表面速度が１００ｍ／ｍｉｎ、キャストフィルムの厚さが１５０μｍである。
【００４４】
次に、フィードブロックから口金スリット出口までの溶融ポリマーの流路形状を仮決定し、微小要素に分割して計算用モデルを作成した。なお、計算用モデルの作成から口金スリット出口での２種類の溶融ポリマーの積層状態の評価までの一連の作業はすべて、Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ社のＳＴＡＲ−ＣＤを用いて行った。本実施例では、口金は既存のものを使用するため、流路形状でポイントとなる箇所はフィードブロックにおいて２種類のポリマーが合流する部分である。計算用モデルは３次元とし、微小要素は主に立方体や直方体などの６面体要素を用いた。さらに、ポリマー流路が拡幅または縮小する箇所や２種類の溶融ポリマーの合流部、溶融ポリマー流れ方向が変化する箇所、そして溶融ポリマー流路の壁面付近では微小要素の間隔を最大の部分に対して５分の１から１０分の１と小さくし計算精度の向上を図った。また、今回の溶融ポリマー流路の構造はフィルム幅方向の中央面に対して対称であるため実際の形状の２分の１モデルとし、２種類のポリマーが合流する約１００ｍｍ上流から計算用モデルを作成した。計算用モデルの微小要素数は約２５万個で節点数は約２６万点となった。
【００４５】
前記したポリマーの流量は、流量を溶融ポリマー流路の断面積で割って溶融ポリマーの流速として入力した。
【００４６】
流動解析は有限体積法（差分法）を用いて実施した。本実施例においては、溶融ポリマーと溶融ポリマー流路壁面の間の熱連成解析は実施しなかった。
【００４７】
また、計算時間の短縮のため事前に、コア層用を代表ポリマーとし数点の実測からその粘度と温度の関係線を求めておき、粘度の異なる複数の異種の溶融ポリマーの流動解析（多層流解析）の代わりに温度の異なる複数の同種の溶融ポリマーの使用と仮定して流動解析（単層流解析）を行い、最終的に粘度の異なる複数の溶融ポリマー流れを予測した。
【００４８】
コア層用のポリマーについては実際の粘度１５０Ｐａ・ｓと実際のポリマー温度２９０℃を入力し、一方表層用のポリマーについては、粘度は実際の２００Ｐａ・ｓに対して１５０Ｐａ・ｓを入力し、ポリマー温度は実際の２９０℃に対して２８０℃を入力した。すなわち、表層用ポリマーを代表させるポリマーとしてコア層用ポリマーを使用し、表層用ポリマーの実際の粘度に対応するコア層用ポリマーの温度の設定を仮定した。流動解析に際しては両層のポリマー間での熱の交換は起こらないものと仮定している。
【００４９】
そして、口金スリット出口における表層となるポリマーの積層厚み誤差が目標の３０％以下になり、かつ図１３に示す口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が１２０ｍｍ＜Ｗ４−Ｗ５＜２３０ｍｍになるまで、前記の計算用モデルの作成、流動解析および口金スリット出口での積層状態の評価を繰り返した。計算用モデルの作成については、具体的には、フィードブロックにおける２種類の溶融ポリマー合流部の断面形状を少しずつ変え、その度に微小要素に分割し直した。これらの一連の作業を５回繰り返して、目標である口金スリット出口における表層となるポリマーの積層厚み誤差が３０％以下でかつ図１３に示す口金スリット出口における溶融ポリマーの積層状態が１２０ｍｍ＜Ｗ４−Ｗ５＜２３０ｍｍを満たす溶融ポリマー合流部の断面形状を見出した。１回あたりの計算時間は、約３０時間であった。
【００５０】
そして、決定した溶融ポリマー合流部の断面形状を有するフィードブロックを製作し、多層フィルムを製造したところ、１回の装置製作・製膜テストで目標の積層状態を有する多層フィルムが得られた。従来の設計方法であれば、目標の多層フィルムが得られるまでに通常約５回のフィードブロック設計・製作と製膜テストが必要であり、その間のフィードブロックの製作費やテストに要する人件費、原料費、生産ロスなどの費用を合わせると莫大な金額となった。しかし、今回は最小回数のテストで目標の多層フィルムが得られ、また設計に関しても、要した時間の大半は計算機による流動解析であり、計算用モデルの作成やデータ入力、計算結果の評価に要した時間は僅かであり、従来の方法に比べ非常に効率良く多層フィルムの製造装置の設計を行うことができた。
【００５１】
（実施例２）
粘度の異なるポリマーどうしでの計算につき、温度設定に工夫をした単層流解析ではなく多層流解析とした以外は、実施例１と同様の手順を行った。その結果、表層の積層厚み誤差の予測値は前述の単層流解析と比較するとほとんど同じであった。ただし、１回あたりの計算時間は約１５０時間を要した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明により、安価でありメンテナンス性にも優れたフィードブロックの利点を活かしつつ、目標の積層状態を精度良く効率的に得られる多層フィルムの製造装置を効率よく得ることができる。従って例えば、装置開発に要する時間や費用を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層フィルム製造装置の一態様を示す。
【図２】２層フィードブロックにおける溶融ポリマー流路の断面図である。
【図３】２層フィードブロックの図２におけるＥ−Ｅ断面形状の１例を示す図である。
【図４】２層フィードブロックの図２におけるＥ−Ｅ断面形状の１例を示す図である。
【図５】２層フィードブロックの図２におけるＥ−Ｅ断面形状の１例を示す図である。
【図６】２層フィードブロックの図２におけるＥ−Ｅ断面形状の１例を示す図である。
【図７】フィードブロックと口金の三面図である。
【図８】計算用モデルの一例を示す図である。
【図９】計算用モデルへの境界条件の与え方の一例を示す図である。
【図１０】計算用モデルへの境界条件の与え方の一例を示す図である。
【図１１】ポリマー流路が拡幅する部分の計算用モデルの例を示す図である。
【図１２】キャストフィルムの断面の一例を示す図である。
【図１３】口金スリット出口での溶融ポリマーの断面の一例を示す図である。
【図１４】多層フィルムの製造装置の設計手順の一例を示す。
【図１５】多層口金の断面の一例を示す図である。
【符号の簡単な説明】
１，８：ホッパー
２，９：押出機
３，１０：短管
４，１１：ギアポンプ
５，７，１２，１４：短管
６，１３：濾過装置
７：短管
１５：フィードブロック
１６：単層口金
１７：冷却ドラム
１８：引き剥がしロール
１９：シート
２０，２３：厚さ計
２１：縦延伸機
２２：横延伸機
２４：巻取ロール
２５：厚みデータ処理装置
２６：２層フィルム製造装置
２７：壁
２８：コア層のポリマー流路
２９：表層のポリマー流路
３０：口金スリット出口
３１：２層フィルム
３２：キャストフィルム
３３：フィードブロックの計算用モデル
３４：口金の計算用モデル
３５：流路形状の中央面（対称面）
３６：溶融ポリマーの流速ベクトル
３７：流速分布を有する流れ
３８：キャストフィルム
３９：２層フィルムのコア層
４０：２層フィルムの表層
４１：コア層ポリマー
４２：表層ポリマー
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ：ポリマー流路
４４：合流点
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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