(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックフィルム層と封着層とを有する多層プラスチックフィルムを加工前に加工温度に加熱し、封着層を少なくとも１個のデフレクションロールと接触させる多層プラスチックフィルムの加工方法において、
多層プラスチックフィルムの封着層をデフレクションロールに到達する前に封着温度より低い温度に冷却し、多層プラスチックフィルムのプラスチックフィルム層をデフレクションロールに到達する前及び／又はデフレクションロールと接触する時に、追加して加熱し、プラスチックフィルムを加工温度のレベルに維持することを特徴とする多層プラスチックフィルムの加工方法。
【請求項２】
封着層の冷却のために冷気を使用することを特徴とする請求項１に記載の多層プラスチックフィルムの加工方法。
【請求項３】
デフレクションロールを封着温度より低い温度に冷却することを特徴とする請求項１に記載の多層プラスチックフィルムの加工方法。
【請求項４】
封着温度が加工温度より低いことを特徴とする請求項１に記載の多層プラスチックフィルムの加工方法。
【請求項５】
プラスチックフィルム層と封着層とを有する多層プラスチックフィルムを加工前に加工温度に加熱し、封着層を少なくとも１個のデフレクションロールと接触させる多層プラスチックフィルムの加工装置において、
デフレクションロールより多層プラスチックフィルムの搬送方向手前側に、多層プラスチックフィルムの封着層に対向して冷気を放出する冷却装置を配置するとともに、多層プラスチックフィルムのプラスチックフィルム層に対向して温気を放出する加熱装置を配置し、プラスチックフィルムを加工温度のレベルに維持することを特徴とする多層プラスチックフィルムの加工装置。
【請求項６】
冷却装置は、封着層に向けられた複数個の空気ノズルを有し、空気ノズルが冷気を封着層に導くことを特徴とする請求項５に記載の多層プラスチックフィルムの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温封着層を有する多層プラスチックフィルムの加工のための独立請求項の上位概念に基づく加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィルムの多くの応用分野では良好な操作特性と高い加工速度が問題になる。加工の１つの重要な要因は多層フィルムの封着性である。
【０００３】
包装機でフィルムは包装物にかぶせられ、フィルムは重なり区域を互いに接着される。この接着は、一般に同時押出しによってベースフィルム上に被着された封着層によって行われる。そのために外部から熱を送り込んで封着層を熱しなければならない。必要な封着温度に到達するとフィルム層の接着が生じる。
【０００４】
ポリマーフィルムが、熱不良導体であることは周知である。このフィルムを所定の封着温度に達するまで加熱するには若干の時間が必要である。この時間は包装のために全体として必要な時間の大きな割合を占め、従って到達可能な加工速度を大いに左右する。
【０００５】
封着開始温度を引き下げ、同時押出し層を改質することによって、全加工時間に占める封着過程の時間の割合を減少することができる。それとともに可能な加工速度が上昇する。このような封着フィルムの製造のために、様々な加熱及び冷却操作が必要である。これはロールでの接触加熱又は冷却もしくは適当に温度調節した空気の送風によって行われる。さらにフィルムを加工機械に通さなければならない。これはたいていガイドロールとデフレクションロールによって行われる。その場合代表的な加工温度は８０℃ないし２２０℃である。封着層は代表的には目下のところ１００−１４０℃の温度で活性化される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、加工温度は、ますます低い温度を目指す傾向がある。例えば、封着温度７０−８０℃の封着層用ポリマーが現在テストされている。加工温度と封着温度の大きな温度差は加工機で−特に加熱ロールとデフレクションロールで−問題を生じる。封着温度を超える表面温度のロールで粘着が起こり、このため封着層が破壊される。しかもその結果、設備の停止を要する故障を招くことがある。
【０００７】
フィルム及び封着層の封着温度を超える加熱は、無接触加熱で行うことができる。熱い封着層と接触するロールによるフィルムの方向転換は、たとえデフレクションロールを冷却しても危険である。フィルムがデフレクションロールに初めて到達するときに、デフレクションロールと接触する層の温度が依然として高すぎるからである。
【０００８】
本発明の課題は、封着温度が極めて低い封着性積層フィルムで、封着性被覆を傷つけ又はロールを損傷することなくデフレクションロールを使用することができる、封着性外層を有する多層プラスチックフィルムの加工方法及び加工装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題の解決は独立請求項に示した特徴によって行われる。
本発明に基づき多層プラスチックフィルムとデフレクションロールの本来の接触の前に冷却装置をデフレクションロールに前置し、この冷却装置が危険な外側封着層を安全な温度レベルに冷却することを提案する。
【００１０】
そのためにデフレクションロールに到達する前に、製品通路の封着層をささえる側に高性能な短い冷却装置を配設する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、冷却装置は１組のノズルからなり、これによって冷気が高速で封着層に吹付けられる。こうして場合によっては冷却されたデフレクションロールに到達したときに前述の問題が起こらないように外層を冷却することができる。
【００１２】
本発明において重要なのは、冷却装置によってフィルム全体の温度レベルを低下しすぎることなく、おおむね危険な外層にだけ作用が及ぶことである。なるべく短い距離で高い熱伝達が得られるように冷却装置を設計すれば、ポリマーの比較的不良な熱伝導がフィルム各層の内部への冷却の過激な浸透を阻止する。また、高い熱伝達によって、デフレクションロール又はガイドロールに到達する前に封着層の十分な冷却が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図面とその説明により発明のその他の特徴、利点及び応用が明らかになる。
図１は本発明の冷却装置３のフィルム加工設備の配置の概略図を示す。
【００１４】
本発明の冷却装置３において、下側に封着層Ｌを被着した多層プラスチックフィルム１がフィルム進行方向１０へ左から冷却装置３に進入する。冷却装置３は、フィルム１の下側に配設されたノズルボックスからなる。ノズルボックスは、フィルムの下側に差し向けられた多数の空気ノズル４を有する。ノズルボックスは、空気冷却装置７が冷却し送風機６が吹き込む空気を分配する。上向きのノズル４によって空気がフィルム１の封着温度を超える熱い層に高速で吹付けられる。高い空気速度、フィルム１とノズルの僅かな間隔及び十分に大きな温度差に基づく高い熱伝達によって、フィルム１の封着層Ｌの急速な冷却が起こる。
【００１５】
フィルムのポリマーの不良な熱伝導が、中間のフィルム層から冷却されたフィルム層Ｌへの熱の急速な再流出を阻止する。空気温度、空気速度及び送風時間を適当に選択することによって、フィルムのデフレクションロール５に接触する側は冷却装置の出口で、デフレクションロールと問題なく接触できる十分に低い温度を有する。
【００１６】
デフレクションロール５自体は、水冷により冷却される。水冷却装置９により冷却された水がポンプ８に駆動されて、デフレクションロール５の冷却回路を循環する。
【００１７】
図２にフィルム搬送時の様々な位置又は時期ｔ１ないしｔ５を表示した。以下の図面とその説明でこれを参照する。
【００１８】
図３は、プラスチックフィルム内の温度の熱計算のために例えば１２の等しい厚さの層Ａ−Ｌに区分された多層プラスチックフィルム１の横断面概略図を示す。フィルム１の外側は本例では層Ａからなり、内側の封着層は例えば層Ｌである。層Ａ−Ｌは理論的には層界によって互いに分離されている。例えば１つの層界は層ＡとＢの接合部である。
【００１９】
熱計算ではビンダー・シュミット（Ｂｉｎｄｅｒ・Ｓｃｈｍｉｔｄ）の差分法により所定の時期にそれぞれの層界で温度を計算した。図面に示す近似的温度曲線は、ある時期に各層に現われる温度を結びつけることによって生じたものである。
【００２０】
図４は、時間に関係する個々のフィルム層Ａ−Ｌの計算上の温度曲線を示す。横軸に計算の個々の時間段階をとり、縦軸は温度Ｔを示す。特に図２に示した時期ｔ１−ｔ５を参照する。
【００２１】
時期ｔ１にフィルム１のすべての層Ａ−Ｌの温度は、例えば１３０℃と仮定した加工温度で一定である。これが冷却装置３に進入する前の状況である。フィルムの厚さにわたる温度分布は差がまったくない。フィルムは全体に一様に加熱されている。
【００２２】
時期ｔ２に冷却装置３はすでにフィルム１を内側から冷却している。層Ｌは約１２０℃の温度しかないが、外側の層Ａでは依然として１３０℃の一定の加工温度が支配する。
【００２３】
時期ｔ３即ち冷却装置３を退出する時にフィルム１の内側（層Ｌ）がさらに冷却されている。外側（層Ａ）ではすでに僅かな温度低下が認められる。
【００２４】
時期ｔ４即ち被冷デフレクションロール５に到達した時にフィルム１の全体の温度が再び幾らか上昇している。このことは、時期ｔ３即ち冷却装置３からの退出時と時期ｔ４即ちデフレクションロール５への到達時の間に環境条件２例えば１３０℃に基づき、フィルム１に再び熱が短時間供給されることに関連がある。さらにフィルム１の内部の熱の流れに基づき、高温側と低温側との間に平衡が生じる。デフレクションロール５に到達する時に封着層Ｌの温度が大幅に引き下げられるから、デフレクションロール５の上で粘着が起こらない。
【００２５】
時期ｔ５はデフレクションロール５を退出する時のフィルム１の温度を示す。約２５℃に冷却されたデフレクションロール５によってフィルム１の全体の温度がさらに低減し、特にデフレクションロールと接触する封着層Ｌの温度が大幅に引き下げられている。
【００２６】
冷却装置３へのフィルム１の進入からデフレクションロール５へのフィルム１の到達までの間に、周縁層Ｌの温度が封着温度を下回るまで低減されるように、冷却装置３の必要冷却能力を選定しなければならない。これは空気速度、空気温度、送風ボックスの長さ及びノズル４とフィルム１の間隔によって行うことができる。
【００２７】
図５は、フィルム１の種々の層Ａ−Ｌの温度の計算上の時間的経過を示す。横軸に個々の層Ａ−Ｌが認められる。縦軸に温度Ｔをとった。線図は、図２に示した様々な位置及び時期ｔ１、ｔ３、ｔ４及びｔ５のフィルム内部の温度の経過を示す。
【００２８】
時期ｔ１にフィルムは全体が加熱され、例えば１３０℃の加工温度を有する。時期ｔ３で冷却装置３を退出する時に被冷側の温度が大幅に引き下げられているが、反対側は依然としてほぼ初期温度である。続いて冷却装置３からデフレクションロール５（時期ｔ４）へ移行する時にフィルム内部の温度が幾らか均等化し、特に内側の層Ｋ及びＬでは１３０℃の環境温度に基づき再び若干上昇する。
【００２９】
次に、この場合温度を計算上２５℃と仮定した被冷デフレクションロール５との接触により、フィルム１の内側の層Ｌの温度が８０℃以下に大幅に低下する。外側（層Ａ）では温度がおよそ１２６℃に留まる。
【００３０】
従って、プロセスの最適化のために冷却装置３の適正な設計とともに、送風装置３とデフレクションロール５の間隔をなるべく小さくすることに注意しなければならない。距離が短ければ短いほど、この区域のフィルム１の温度上昇も少なくなる。
【００３１】
さらに、デフレクションロールの温度の例えば２５℃への過激な冷却がフィルム全体の温度レベルに大きな影響を及ぼすことは明らかである。フィルム１とデフレクションロール５の粘着を回避するには、デフレクションロールの温度が層Ｌの封着温度より僅かに、例えば５℃低ければ十分であることが判明した。このことを図６及び７に示す。
【００３２】
図６及び７は、図４及び５と同様であるが、この場合はデフレクションロールの温度だけが例えば９０℃に引き上げられた。フィルムの内側層Ｌは封着温度より依然として十分に低い温度に冷却されるが、全体としてフィルム内部の温度は均等に分布している。
【００３３】
図８は、発明の別の実施形態を示す。この場合はフィルム１の外側の層、即ち封着層の反対側の層に送風ノズル１４を有する加熱装置１３が配属され、フィルム１の外側に熱を供給し、一方、内側は冷却装置３によって冷却される。こうしてフィルムに常に外側から熱が供給されるので、フィルムの平均温度の低下が最小化される。このような加熱装置をデフレクションロールの周囲に配設して、フィルム１の外側に熱を供給してもよい。また空気ノズル１１を有する加熱装置１２を冷却装置３の手前に配設し、この加熱装置１１がフィルム１の内側に熱を供給し、冷却装置３に至るまでフィルム１を加工温度に保つこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷却装置を有するフィルム加工設備の部分概略図である。
【図２】種々の加工時期を示した図１の部分図である。
【図３】種々の層Ａ−Ｌに区分された多層プラスチックフィルムの横断面概略図である。
【図４】デフレクションロールを激しく冷却した場合の個別層Ａ−Ｌの計算上の温度経過と時間の関係図である。
【図５】デフレクションロールを激しく冷却した場合の所定の時期の個別層Ａ−Ｌの計算上の温度の図である。
【図６】デフレクションロールを僅かに冷却した場合の個別層Ａ−Ｌの計算上の温度経過と時間の関係図である。
【図７】デフレクションロールを僅かに冷却した場合の所定の時期の個別層Ａ−Ｌの計算上の温度の図である。
【図８】補助加熱装置を有する発明の別の実施形態の図である。
【符号の説明】
１  多層プラスチックフラットフィルム
３  冷却装置
５  デフレクションロール
１０  フィルム搬送方向
Ｌ  外側層
【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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