(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が変形可能である第１のリップと、該第１のリップと対になる第２のリップと、前記第１および第２のリップの先端部がスリットを形成するように前記第１および第２のリップを固定する固定部材と、前記第１のリップの少なくとも幅方向の両端部におけるリップの先端部を、変形の中立点から前記スリットの間隙が拡大するようにも縮小するようにも変形させることができる、膨張性部材を利用した第１のリップ先端部変形手段とを備え、前記第１のリップ先端部変形手段は、前記第１のリップの先端部を前記スリットの間隙が縮小する方向に膨脹性を有する第１の膨張性部材と、前記スリットの間隙が拡大する方向に膨脹性を有する第２の膨張性部材とを有するものであることを特徴とする、シート押出成型用口金。
【請求項２】
前記第２のリップの幅方向端部におけるリップの先端部を、変形の中立点から前記スリットの間隙が拡大するようにも縮小するようにも変形させることができる、膨張性部材を利用した第２のリップ先端部変形手段とを備えてなることを特徴とする、請求項１に記載のシート押出成型用口金。
【請求項３】
前記膨張部材は部材の熱膨張により膨張するものであることを特徴とする、請求項１または２に記載のシート押出成型用口金。
【請求項４】
先端部が変形可能である第１のリップと、該第１のリップと対になる第２のリップと、前記第１および第２のリップの先端部がスリットを形成するように前記第１および第２のリップを固定する固定部材と、前記スリットの間隙が変化するように前記第１のリップの先端部を変形させるリップ先端部変形手段を備え、該リップ先端部変形手段は、前記第１のリップ先端部の前記スリットの反対側に位置する押し引きブロックと、前記第１のリップの、前記先端部と前記押し引きブロックとの間に設けられたベース部と、前記第１のリップの先端部および前記押し引きブロックにそれぞれ結合した第１の膨張性部材と、前記ベース部および前記押し引きブロックにそれぞれ結合した第２の膨張性部材とを備えてなるものであることを特徴とする、シート押出成形用口金。
【請求項５】
前記第１のリップ先端部の第１および第２の膨張性部材は、部材の熱膨張により膨張するものであることを特徴とする、請求項４に記載のシート押出成形用口金。
【請求項６】
前記リップ先端部変形手段の冷却手段を備えたことを特徴とする、請求項５に記載のシート押出成形用口金。
【請求項７】
前記リップ先端部変形手段を、少なくとも口金幅方向の端部に備えたことを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載のシートの押出成形用口金。
【請求項８】
前記押し引きブロック部は、断熱性素材で構成されたことを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載のシートの押出成形用口金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート押出成形用口金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネートのフィルムなどのシートは、一般的に図４に示すような工程により製造している。
【０００３】
図４において、溶融材料を押出機１より押出し、その後ギアポンプ２で吐出量を一定にした後、フィルター３を介して異物を除去し、口金４よりシートを吐出する方向に対し直交する口金幅方向（紙面に直交する方向。以下、単に幅方向ということもある。）に拡幅して吐出してシート化し、その後冷却ロール５でシート１０を固化成形し、延伸装置６による延伸などの工程を経て、ワインダー７で巻き取られる。図４には延伸装置として一つの工程を図示しているが、シートの搬送方向に延伸する縦延伸工程、続いてシート幅方向に延伸する横延伸工程を備えた逐次２軸延伸などによる延伸方法も一般的に用いられる。シートの幅方向厚みプロファイルは厚さ計８で測定し、製品レベルのシートを製造するには、厚み制御器９により、現在の厚みプロファイル測定値と目標値の差を算出し、目標値になるように口金４にフィードバックする。
【０００４】
図５に口金の一般的な構造を示す。口金は、通常、フィルタを経て流れてきた溶融材料を幅方向に拡幅するマニホールド部１１と、これをシートとして吐出する、間に狭いスリット１２をなす一対のリップ１３からなる先端部と側板１４から構成されている。この先端部のスリット形状や温度を操作することで、シートの幅方向の厚みプロファイルを任意に決定することができるので、シートの厚みを調整するために利用されることが多い。スリットの形状は先端部のリップに口金幅方向に沿って複数配列された調整ボルト１５を回して押し引き調整する方法（以降手動方式と呼ぶ）や、ボルトにカートリッジタイプのヒーター１６を内装あるいはスリーブタイプのヒーターを外装してボルトを加熱し、ボルトの熱膨脹によりボルトを伸縮させて間隙形状を変形させる方法（以降熱膨張方式と呼ぶ）がしばしばとられる。このスリット形状の決め方によってはシートの厚みむらが１％以内になるようにすることもできる。口金本体の加熱は口金幅方向にカートリッジヒーター１７を複数挿入して加熱する方法や図示していないが口金外周面を鋳込みヒーターで覆って加熱する方法などが一般的である。
【０００５】
通常シート製造中に、シートの厚みプロファイルを調整する場合には、手動、熱膨張どちらの方式もリップに備えられたボルトを動作させてスリットの間隙を広くあるいは狭くして、その位置におけるシートの厚みを調整する。
【０００６】
以降の説明の便宜のため以下の言葉を定義する。
【０００７】
「リップを押す」：リップ先端に備えられたボルトのネジを、手動式の場合は押し込む、熱膨張式の場合はボルトを膨張させて、リップをスリット間隙が狭くなる方向に変形させて、シートの厚みを薄くすること。
【０００８】
「リップを引く」：リップ先端に備えられたボルトのネジを、手動式の場合は引き込む、熱膨張式の場合はボルトの膨張をやめるなどして、リップをスリット間隙が広くなる方向に変形させて、シートの厚みを厚くすること。
【０００９】
「リップ変形の中立点」：リップの押しと引きの中立点であり、リップに残留応力や歪みがない状態。
【００１０】
シートの厚み調整は、リップの押し引きを数μｍの精度で行わなければならず、高度な調整能力が必要となる。先にも述べたとおり、熱膨張式の場合リップ先端に取り付けたボルトを熱で膨張させ、リップを押し引きして厚みを調整している。この方法は、最も簡便かつ高精度に厚み調整ができる方法としてシートの製造には広く一般的に用いられている。また同様に手動方式で厚み調整を行うことも一般的に行われているが、手動の場合ネジのバックラッシュがあり、高精度にシートの厚み調整を行うためには、非常に高度な人間のスキルが必要となる。また、近年シート製品の厚み精度の要求が、非常に高いレベルになっていることから、手動方式で厚み調整を行なうことは、実質的に難しいものとなっている。従ってシートの厚み調整をするのは熱膨張式で行うことが最も好ましい。熱膨張式ではボルトの熱膨張を効果的に活かすために、取付けのがたつきなどないようにされている。
【００１１】
熱膨張式でシートの厚みを調整するには、次のような手順を踏む必要がある。すなわち、シートの厚み調整をするにはリップを押し引きする動作が必要となる。そのため、熱膨張式でこれを実現するために、予めボルトを熱膨張させてリップを押しておく。従って、このリップを押した量だけリップを引くことができるのである。この方式で実現するリップ押し引きのストロークはボルトが室温から最高の加熱温度までのあいだに膨張する範囲である。予め押しておくのは室温と上記最高加熱温度との中間までとするのが普通である。
【００１２】
従来、シートの製造では以上のような調整方法で、シート製品部の厚み調整は十分可能であった。しかしながら、シートの幅方向端部では熱膨張方式だけで厚み調整することは難しかった。シートを逐次２軸延伸する場合などには縦延伸工程でのシートの蛇行防止、横延伸工程でのクリップでの把持部分形成のために、シート端部の厚みをシート中央部よりも厚く成形する必要がある。しかし熱膨張式では、通常、リップ変形の中立点よりもリップを引くことはできないので、シート製品部と端部での厚みの差は予めリップを押し込んでいた量だけしか調整できないことになり、調整可能な厚みの範囲を十分にとることができなかった。すなわち、リップの変形が中立点のときのシート端部厚み以上に厚くすることができないために、熱膨張方式だけでシート端部の厚み調整をしようとすると、蛇行やクリップはずれの問題を生じていた。そのため、実際はシート端部の厚み調整は手動調整に頼らざるを得なかった。しかし先述のとおり、手動調整では高精度の厚み調整はむずかしく、結果的にクリップはずれなどの問題が生じる場合があった。
【００１３】
リップを中立点から押し引きする例として、実開平１−８９１１８号公報に次のような構造が開示されている。すなわち、リップに組み付けなどで残留応力、歪みなどを発生させることなく取り付けられたボルトに、リップを押す方向と引く方向に圧電素子をとりつけ、リップの押し引きを実現したものである。しかし、上記公報には、シートの幅方向端部における厚み調整をどのように行なうかは示されていない。また圧電素子は耐熱性が不十分で、１５０℃程度になると動作不良を起こしてしまうことが多かった。そのため３００℃程度の高温の溶融材料を押し出す口金に用いるには冷却装置が必要不可欠になり、その冷却装置がシート製品部にあると装置的に大がかりになり、幅方向で細かいピッチでの厚み調整ができないなどの問題点が生じてしまい、現時点では実用に耐えるものにすることは困難である。
【００１４】
以上のように、シート中央部分の厚み調整は従来の方式の熱膨張式の厚み調整手段が簡便で使いやすいが、端部においてリップ変形の中立点から引く方向に操作することが難しく、シートの製造には手動調整に頼るなどなんらかの代替手段を取らざるを得なかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シートを製造するに当たって、シートの厚み調整を簡便かつ効果的に行う押出成形用口金を提供することにある。特にシート端部の厚み調整においても十分な厚み調整範囲を実現し、クリップはずれなどの工程上の問題のない押出成形用口金を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために鋭意検討した結果、以下に述べる本発明に到達した。本発明のシート押出成形用口金は、下記の構成からなる。
【００１８】
すなわち、先端部が変形可能である第１のリップと、該第１のリップと対になる第２のリップと、前記第１および第２のリップの先端部がスリットを形成するように前記第１および第２のリップを固定する固定部材と、前記第１のリップの少なくとも幅方向の両端部におけるリップの先端部を、変形の中立点から前記スリットの間隙が拡大するようにも縮小するようにも変形させることができる、膨張性部材を利用した第１のリップ先端部変形手段とを備え、前記第１のリップ先端部変形手段は、前記第１のリップの先端部を前記スリットの間隙が縮小する方向に膨脹性を有する第１の膨張性部材と、前記スリットの間隙が拡大する方向に膨脹性を有する第２の膨張性部材とを有するものであることを特徴としている。
【００１９】
さらに、前記第２のリップの幅方向端部におけるリップの先端部を、変形の中立点から前記スリットの間隙が拡大するようにも縮小するようにも変形させることができる、膨張性部材を利用した第２のリップ先端部変形手段とを備えることもできる。
【００２１】
さらに、前記膨張性部材は部材の熱膨張により膨張するものであることを特徴としている。
【００２２】
また、先端部が変形可能である第１のリップと、該第１のリップと対になる第２のリップと、前記第１および第２のリップの先端部がスリットを形成するように前記第１および第２のリップを固定する固定部材と、前記スリットの間隙が変化するように前記第１のリップの先端部を変形させるリップ先端部変形手段を備え、該リップ先端部変形手段は、前記第１のリップ先端部の前記スリットの反対側に位置する押し引きブロックと、前記第１のリップの、前記先端部と前記押し引きブロックとの間に設けられたベース部と、前記第１のリップの先端部および前記押し引きブロックにそれぞれ結合した第１の膨張性部材と、前記ベース部および前記押し引きブロックにそれぞれ結合した第２の膨張性部材とを備えた構造をとることができる。
【００２３】
さらに、前記第１のリップ先端部の第１および第２の膨張性部材は、部材の熱膨張により膨張するものであることを特徴としている。
【００２４】
また、前記リップ先端部変形手段の冷却手段を備えることができ、前記リップ先端部変形手段を、口金幅方向の端部に備えることができる。
【００２５】
さらに、前記押し引きブロック部は、断熱性素材で構成されたことを特徴としている。
【００２６】
ここで、膨張性部材とは熱や電気などのエネルギーを印加することによって単一方向に膨張する部材をいうが、負の方向への膨張、すなわち収縮するものであってもよい。すなわち、エネルギーを印加しない状態にあるときにエネルギーを印加すると、もとからみて膨張または収縮の一方のみの変形をするものである。ここで、熱エネルギーの印加により膨脹する部材に冷風を外部から供給するといった、膨脹のためのエネルギーの印加の効果を相殺する別種のエネルギー等を印加する行為は、上記の意味のエネルギーの印加とはみなさない。膨張性部材としては、金属材料でもよい。また、耐熱性等の問題がなければ、圧電材料を積層した部材、磁歪材料を用いた部材などでもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシートの製造方法およびシート押出成形用口金の一実施形態を図を用いて説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明のシートを製造するための口金幅方向端部における断面図である。本断面図は図７のＡ−Ａ断面図と同様の切り口で本発明の口金端部を示している。図１において、１３は第１および第２のリップ、１８は各リップを締結するボルトである。１１は樹脂を幅方向に拡幅するマニホールドであり、１２のスリットでシート状に成形されシートを押し出す。１５はリップ先端を押し引きするためのボルトで、ボルトを加熱冷却してリップを押し引きするカートリッジヒーター１６を内装する。これらを組み立てた構造体が第２のリップ先端部変形手段２６を構成する。１９はリップに設けられたベース部であり２０は押し引きブロックである。リップ押し方向調整ボルト（第１の膨張性部材）２１は、リップ先端からベース部１９を貫通して押し引きブロック２０に結合している。貫通部分において、ベース部１９はリップ押し方向調整ボルト２１の膨張を妨げることはない。リップ引き方向調整ボルト（第２の膨張性部材）２２は押し引きブロック２０とベース部１９の間に結合されている。調整ボルト２１，２２にはカートリッジヒーターが内装されている。図１の二点鎖線で囲った部分（第１のリップ先端部変形手段２５）が本発明を最も良く現している部分である。
【００２９】
リップを中立点から押し引きさせるには次のようにして行う。すなわち、リップを押す場合には、リップ押し方向調整ボルト２１に挿入したカートリッジヒーターを加熱しボルトを膨張させる。押し方向調整ボルト２１は押し引きブロック２０およびリップ引き方向調整ボルト２２の剛性に支えられてリップ先端を押すことになる。リップを引くときはリップ引き方向調整ボルト２２を加熱する。引き方向ボルト２２はベース部１９の剛性に支えられて押し引きブロック２２をリップを引く方向に動かす。リップ先端は押し方向のボルト２１を介して引き方向に力を受けることになる。
【００３０】
リップ引き方向の調整ボルトは円筒タイプでその中に押し方向ボルト２１を入れても良いが、口金幅方向に隣り合うボルトの間隔を小さくして、より細やかな厚み調整を行うために、押し方向ボルトの上下に引き方向ボルトを配置するのが好ましい。引き方向ボルトは１本でも良いが、押し方向ボルトが１本のときは、上下方向への傾きを防ぐため、これを挟んで２本以上設けることが好ましい。逆に引き方向ボルトが１本で、これを挟むように押し方向ボルトが２本設けられていてもよい。
【００３１】
リップ先端の押し引きを効率よく行うために、各部の剛性を次のようにすることが好ましい。すなわち、剛性をベース部＞引き方向調整ボルトとし、押し引きブロック＞押し方向調整ボルトとし、さらに引き方向調整ボルト＞押し方向調整ボルトとするように構成することが好ましい。
【００３２】
各押し引き調整ボルトの材質は、口金と同じ材質であっても異なっても良い。一般構造用鋼、ステンレス等用いることが出来るが、高熱がかかる部位なのでより好ましくは耐熱鋼を用いることがよい。使用する樹脂の条件により、アルミ合金、銅合金を用いても良い。また、ボルトの膨張率はリップの調整量に応じて押し方向と引き方向で変えても良い。
【００３３】
調整ボルトの加熱はボルト内部にカートリッジヒーターを挿入しても良いし、ボルト外周面をスリーブヒーターなどで覆って加熱しても良い。調整ボルトの冷却や配置スペースを考慮すると、内部にヒーターを挿入する方がより好ましい。
【００３４】
押し引きブロックは押し方向調整ボルト２１および引き方向調整ボルト２２の両方が結合しているために、この部分で熱的な干渉が起きるとシートの厚み調整精度が悪化してしまう。そこで押し引きブロックは断熱性素材で構成することが好ましい。ブロック全体をセラミックなどの断熱素材で構成しても良いし、ボルト結合部分のブシュなどに断熱素材を用いても良い。また、押し方向調整ボルトと引き方向調整ボルトの間での輻射、対流による熱的な干渉を防ぐために、この間に断熱材を備えても良い。この例を図２に示す。断熱部材２３を図２のように設置することが好ましい。断熱部材としてはアルミナやジルコニアなどのセラミックス系材料やグラスファイバーを用いた部材が好ましい。
【００３５】
調整ボルトには効率よく温度を下げるために冷却手段を設けても良い。冷却を効率よく行うことで、調整ボルトの応答速度を向上させ、厚み調整を素早く行うことが出来るので好ましい。この例を図３に示す。冷却手段２４を図３のように設け、空冷を用いることが簡便で好ましい。
【００３６】
また、第１のリップ先端部変形手段２５の構成を、図６に示すようにシートの製品部の厚み調整をする部分に用いても良い。
【００３７】
以上のような構成で、シートの厚み調整、特に端部の厚み調整を行うことで、必要な量の厚みを手動に頼らず、高精度に達成することができ、シートの延伸工程におけるクリップ外れなどなく安定な製造を行うことができる。
【００３８】
【実施例】
ポリエチレンテレフタレートを１０００ｋｇ／時間の吐出量で吐出する条件でシートを製造する場合に、幅１ｍ、間隙１．５０ｍｍの設定で、室温時に間隙プロファイルをフラットを目標にして、幅方向の偏差が±１０μｍになるように整備・組立を実施した口金を準備した。該口金を溶融材料配管を介して、フィルター、押出機に接続するに際し、配管のフランジにはガスケットを設け、フランジ部で、配管と口金を接続した。接続後、口金にカートリッジヒーターを挿入し、この状態で口金の加熱を開始した。温度設定は３００度とし、口金のリップ先端部に熱電対を設け、温度が飽和後約５時間程度経過するまで加熱した。
【００３９】
調整ボルトの構成としては、材質にＳＵＳ６３０を熱処理したものを用い、押し方向調整ボルトは径２０ｍｍ、引き方向調整ボルトは径３０ｍｍのものを準備した。調整ボルトの加熱は内部に１００Ｖ１００Ｗ仕様のカートリッジヒーターを挿入して、調整ボルト間の熱干渉を防止するためにグラスウールの断熱材を設置した。上記押し引き調整する手段は口金端部にのみ５組づつ設置し、それ以外の製品部は径２０ｍｍの押し方向調整ボルトのみを設置した。
【００４０】
以上のような構成で、溶融材料吐出前に製品部の間隙が約１．３０ｍｍになるように押し方向調整ボルトを加熱してリップを押し込み、端部は間隙が１．７０ｍｍになるように引き方向調整ボルトを加熱してリップを引いた。今回の実施例に用いた口金によると、口金の製品部は押し方向調整ボルトにより１．３０ｍｍ±９０μｍの範囲で良好に厚み調整が可能であった。また、端部では押し引きの各調整ボルトにより、約０．５ｍｍ〜２．７ｍｍの範囲で良好に厚み調整が可能であった。
【００４１】
この状態で溶融樹脂を吐出して、冷却ロールの回転速度５ｍ／分でシートを成形した。この結果、冷却ロール上で製品部のシート厚みは約２００μｍ、端部で約１０００μｍになった。その後シートを延伸工程に通し、縦方向に４倍、横方向に３倍に延伸して、巻取を開始した。ここで、製品部は間隙１．３０ｍｍの状態を中心に、押し方向調整ボルトを用いて厚みむらを修正した、また端部は端部調整手段を用いて、冷却ロール上でのシート端部の厚みを約１４００μｍになるように、引き方向調整ボルトを操作して間隙を約１．９０ｍｍに調整した。調整は厚さ計で測定した厚みデータから口金の調整手段のヒーターにフィードバック制御をかけて実施した。調整にかかった時間はおよそ１５分であった。その後、巻取速度約３００ｍ／分になるまで増速してシートを製造した。このとき、シートの蛇行やクリップ外れなどなく安定してシートを製造することができた。また、クリップ外れによる破れを防止することができたので、シート製造立ち上げ時のロスを大幅に減らすことができた。
【００４２】
一方、上記と同じ条件で、シート端部の厚み調整を押し方向調整ボルトのみを有している口金で調整しようとしたところ、製品部の間隙を１．３０ｍｍとすると、端部では１．５０ｍｍ以上に間隙を開くことができないために、端部の厚み調整そのものが不可能であった。また、その欠点を補うために手動調整ボルトによって厚み調整を行った場合、間隙調整自体は可能であったが、厚さ計を見て調整ボルトを操作して微小な厚み調整を行うために、調整に約１時間かかった。また、調整された厚みプロファイルも本発明の場合に比べて精度が悪く、増速中に延伸工程でクリップ外れを起こす場合もあった。さらに、操作する者の熟練度によっても調整に要した時間が異なり、熟練が低いものの場合は、調整に２時間以上かかることもあった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シートを製造するに当たって、シートの厚み調整、特に端部での厚み調整を簡便かつ効果的に行うことができる。すなわち、ボルトの熱膨張を利用し高精度の厚み調整を可能にして、かつシート端部の厚み調整をリップ変形の中立点から行えるようにして、クリップはずれなどの工程上の問題を減少させることができる。その結果、原料ロスや、固定費すなわち人件費や償却費等の費用がロスすることもなくなり、さらに生産能力も増加するなどの非常に多くの優れた点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の口金を示す例１の概略図である。
【図２】本発明の口金を示す例２の概略図である。
【図３】本発明の口金を示す例３の概略図である。
【図４】一般的なシートを製造する工程の概略図である。
【図５】一般的なシートを製造する口金の概略図である。
【図６】本発明の口金を示す例４の概略図である。
【符号の説明】
１：押出機
２：ギアポンプ
３：フィルター
４：口金
５：冷却ロール
６：延伸行程
７：ワインダー
８：厚さ計
９：厚み制御器
１０：シート
１１：マニホールド部
１２：スリット
１３：リップ
１４：側板
１５：調整ボルト
１６：調整ボルト加熱用ヒーター
１７：口金加熱用ヒーター
１８：口金締結ボルト
１９：ベース部
２０：押し引きブロック
２１：押し方向調整ボルト（第１の膨張性部材）
２２：引き方向調整ボルト（第２の膨張性部材）
２３：断熱部材
２４：冷却手段（リップ先端部変形手段の冷却手段）
２５：第１のリップ先端部変形手段
２６：第２のリップ先端部変形手段
【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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