(57)【要約】【課題】本発明の目的は、合流時に積層体の界面にかかるせん断応力や伸長応力を抑制することにより、界面不安定現象を抑制する積層装置を提供することにある。【解決手段】本発明の積層装置は、合流壁面の表面粗さを規定することで、界面不安定現象がなく、高品質な積層シートを安定して製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類のシート材料を下流方向へと導きお互いに合流する複数の流路と、前記流路が合流する位置において複数種類のシート材料が積層された積層体を形成する合流部と、を有し、
前記複数の流路のそれぞれの内壁面のうち、鋭角をなして合流する内壁面を合流壁面としたとき、この合流点の近傍における前記合流壁面の表面粗さＲａが２ｕｍ以上１０ｕｍ以下である積層装置。
【請求項２】
前記合流壁面を加熱する加熱機構を有する、請求項１の積層装置。
【請求項３】
前記合流壁面がなす角度（鋭角）が６０度以下である、請求項１または２の積層装置。
【請求項４】
前記合流壁面の接触角が８０度以下である、請求項１〜３のいずれかの積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルムの低コスト化や高機能化の方法として近年著しく発展している技術が、複数種類のシート材料を積層した積層フィルムである。この積層フィルムは物性の異なるシート材料を積層することで、各々のシート材料単体にはなかった新たな機能を付加することなどが可能である。
【０００３】
一般的には、複数種類（とくに２種類）のシート材料（典型的には溶融樹脂など）を下流方向へと導きお互いに合流する複数の流路と、その流路が合流する位置において複数種類のシート材料が積層された積層体を形成する合流部とを有する積層装置が知られている。そして、積層体は、そのまま、あるいは、口金を経て吐出され、そのまま、あるいは、延伸等の後処理が施され、積層フィルムとなる。
【０００４】
ここで、物性の異なるシート材料を積層するために、積層フィルムでは単層では見られなかった不良現象が発生することがある。その代表的な不良現象の一つに、界面不安定現象（Interfacial Instability）がある。この現象は、積層されたシート材料の界面に波状の凹凸が発生し、外観不良と厚み斑を生じるというものである。この現象の形態は様々で、フィルム全体に発生するものから一部にしか発生しないものまであり、またその強弱によって、フィルムに厚み斑を引き起こすものから引き起こさないものまである。ここで、この現象を不良と判断する範囲は各フィルムの要求機能に応じて異なるため、どの程度の外観、厚み斑ならば不良であると一概に言うことは出来ない。この現象の主な原因として、合流時に積層体の界面にかかるせん断応力や伸長応力が知られている。
【０００５】
これまでにも、この界面不安定現象を抑制する方法がいくつか提案されている。たとえば、特許文献１には、合流点に向かってスリットを拡幅し、界面不安定現象を抑制する方法が開示されている。図６は、特許文献１のフィードブロックにおける合流点付近の断面図である。特許文献１のフィードブロックの基本構成は、図６に示すように、樹脂材料Ａ、Ｂが流れるスリット１１、１２、スリット１１を合流点１３に向かって徐々に拡幅する拡幅部９１、スリット１１、１２が合流する合流点１３からなる。定常状態、つまり合流点よりも十分に下流での積層体の界面位置は主に各樹脂材料の流量、粘度によって決まる。そのため、この定常状態での積層体の界面位置と合流点の位置が異なると、合流後に一方の樹脂材料がもう一方の樹脂材料を押しながら界面位置を移動することになる。特許文献１では、この押す力が積層体の界面にかかることによって、界面不安定現象が発生するとしている。ゆえに、特許文献１の技術は、各樹脂材料の流量、粘度に応じて合流点１３でのスリット１１を拡幅部９１で拡幅し、界面位置が定常状態と同じになるように合流することで、積層体の界面にかかる押す力が減り、界面不安定現象が抑制できるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４２７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、合流時に積層体の界面にかかるせん断応力や伸長応力が考慮されていないため、このせん断応力や伸長応力による界面不安定現象が抑制できない場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、合流時に積層体の界面にかかるせん断応力や伸長応力を抑制することにより、界面不安定現象を抑制する積層装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する積層装置は、複数種類のシート材料を下流方向へと導きお互いに合流する複数の流路と、前記流路が合流する位置において複数種類のシート材料が積層された積層体を形成する合流部と、を有し、
前記複数の流路のそれぞれの内壁面のうち、鋭角をなして合流する内壁面を合流壁面としたとき、この合流点の近傍における前記合流壁面の表面粗さＲａが２ｕｍ以上１０ｕｍ以下を満たす構成である。
【００１０】
次に、本発明における各用語の意味を説明する。
【００１１】
「シート材料」とは、積層体を構成する材料をいう。シート材料としては、たとえば、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂、脂環族ポリオレフィン樹脂、ナイロン６・ナイロン６６などのポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート・ポリブチレンテレフタレート・ポリプロピレンテレフタレート・ポリブチルサクシネート・ポリエチレン−２，６−ナフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、４フッ化エチレン樹脂・３フッ化エチレン樹脂・３フッ化塩化エチレン樹脂・４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体・フッ化ビニリデン樹脂などのフッ素樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリ乳酸樹脂、などを溶媒に溶かすか溶融するなどして流動化したものを用いることができる。またこれらの熱可塑性樹脂としてはホモ樹脂であってもよく、共重合または２種類以上のブレンドであってもよい。また、各熱可塑性樹脂中には、各種添加剤、例えば、酸化防止剤、帯電防止剤、結晶核剤、無機粒子、有機粒子、減粘剤、熱安定剤、滑剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、屈折率調整のためのドープ剤などが添加されていてもよい。また、積層体を構成するシート材料としては、上記のうちから２〜１０種類を選んで用いるのが好ましい。
【００１２】
「積層体」とは、押出機から押し出されてから、吐出されるまでの間で、複数種類のシート材料を複数の層として積層した多層構造のシート材料をいう。
【００１３】
「積層装置」とは、複数種類のシート材料を積層して、積層体を形成する装置をいう。
【００１４】
「複数の流路」とは、積層装置において、複数種類のシート材料を下流方向へと導きお互いに合流する複数の流路をいう。
【００１５】
「合流点」とは、積層装置において、複数の流路が合流する点をいう。合流点の近傍とは、合流点から上流１０ｍｍ位置までの範囲である。
【００１６】
「合流部」とは、積層装置において、合流点の下流で積層体を形成する部分をいう。
【００１７】
「合流壁面」とは、積層装置において、複数の流路のそれぞれの内壁面のうち、鋭角をなして合流する内壁面をいう。例えば、５層の場合、５個の流路の８個の合流壁面によって４個の合流点が形成される。
【００１８】
「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３に従って、合流点から上流５ｍｍ位置をシート幅方向に１０ｍｍ間隔で測定した合流壁面の算術平均粗さを平均したものをいう。
【００１９】
「加熱機構」とは、積層装置において、合流壁面を加熱する機構をいう。加熱方式としては、ヒーター、熱媒加熱などでもよい。
【００２０】
「接触角」とは、温度２２℃、湿度３５％環境下にて、協和界面科学株式会社製ＤＭ−５０１を用い、液滴法によって、合流点から上流５ｍｍ位置をシート幅方向に１０ｍｍ間隔で測定した合流壁面の水に対する接触角を平均したものをいう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の積層装置では、界面不安定現象がなく、高品質な積層シートを安定して製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の積層装置において、シート幅方向に垂直な断面で合流点付近におけるシート材料の流れを示す模式図。
【図２】積層装置のシート材料等が通り得る内部空間のみを表示した斜視図。
【図３】従来の積層装置において、シート幅方向に垂直な断面で合流点付近におけるシート材料の流れを示す模式図。
【図４】加熱機構を有する本発明の積層装置を説明する合流点付近のシート幅方向に垂直な断面図。
【図５】本発明の積層装置において、２つの合流壁面がなす角度を説明する合流点付近のシート幅方向に垂直な断面図。
【図６】特許文献１のフィードブロックにおける、合流点付近のシート幅方向に垂直な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明について詳細に述べるが、本発明は以下の実施例を含む実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１〜図５はいずれも積層装置の図である。図１，４，５は本発明の積層装置、図３は従来の積層装置、図２は本発明と従来の積層装置を示す。なお、本発明の積層装置と従来の積層装置とで同じ用途および機能を有している部材については、同じ符号を有している場合がある。
【００２５】
まず、従来の積層装置を説明する。図２は積層装置の概略斜視図、図３は従来の積層装置の、合流点１３付近のシート幅方向に垂直な概略断面図であり、矢印線はシート材料の流速ベクトルを表す。図２に示すように、積層装置では、流路１１、１２にてシート材料Ａ、Ｂを下流方向へと導き、合流点１３で合流させ、合流部１４で積層体を形成する。図３に示すように、一般的な滑らかな流路壁面にシート材料は付着するため、流路１１、１２では、シート材料Ａ、Ｂの壁面での流速はゼロとなる。この壁面との流速差で引き起こされるせん断応力が合流時に積層体の界面にかかる。また、合流点１３でゼロであった流速が急激に加速することで引き起こされる伸長応力も積層体の界面にかかる。これらのせん断応力や伸長応力が界面不安定現象を引き起こす。
【００２６】
次に、本発明の積層装置を説明する。図１は本発明の積層装置の、合流点１３付近のシート幅方向に垂直な概略断面図であり、矢印線はシート材料の流速ベクトルを表す。図１に示すように、本発明の積層装置では、流路１１、１２のそれぞれの内壁面のうち、鋭角をなして合流する内壁面である合流壁面２１、２２の表面粗さを合流点１３の近傍で粗くすることで、シート材料Ａ、Ｂは滑りが生じ、流速がゼロではなくなる。そのため、流速差が低減し、せん断応力も小さくなる。また、合流点１３からの流速の加速も低減して、伸長応力も小さくなる。ゆえに、これらのせん断応力や伸長応力によって引き起こされる界面不安定現象を抑制することができる。本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、合流点１３の近傍における合流壁面２１、２２の表面粗さＲａを２ｕｍ以上１０ｕｍ以下とすることにより、界面不安定現象を抑制し、高品質な積層シートを安定して得られることを見出した。表面粗さＲａが２ｕｍ未満の場合、壁面での滑りがあまり生じず、せん断応力や伸長応力が小さくならないため、界面不安定現象を抑制することができない。表面粗さＲａの下限は４μｍ以上が好ましい。また、表面粗さＲａが１０ｕｍより大きい場合、壁面の凹凸にシート材料が引っかかり、流速ムラが生じることで、界面不安定現象を引き起こしてしまう。表面粗さＲａの上限は８μｍ以下が好ましい。なお、本発明において「合流点の近傍」とは、合流点から上流１０ｍｍ位置までの範囲のことである。表面粗さＲａを２ｕｍ以上１０ｕｍ以下にすべき最低限の範囲は、積層装置の大きさなどによって変わってくるが、合流点から上流１０ｍｍ位置までの範囲が表面粗さＲａを２ｕｍ以上１０ｕｍ以
本発明の積層装置は、合流壁面２１、２２を加熱する加熱機構３１を有することが好ましい。図４は、加熱機構を有する本発明の積層装置である。図４に示すように、加熱機構３１によって合流壁面２１、２２を加熱すると、合流壁面２１、２２の温度が上昇し、シート材料の壁面での滑りがより発生しやすくて好ましい。
【００２７】
本発明の積層装置は、合流壁面２１、２２がなす角度４１（鋭角）が６０度以下であることが好ましい。図５は、本発明の積層装置である。角度４１が６０度以下であると、合流点１３でシート材料は平行に近い状態で衝突するため、界面にかかる応力は法線応力よりもせん断応力や伸長応力の割合が大きくなり、本発明による界面不安定現象を抑制する効果が十分に発揮されて好ましい。
【００２８】
本発明の積層装置は、合流壁面２１、２２の接触角が８０度以下であることが好ましい。接触角が８０度以下であると、シート材料が合流壁面２１、２２で滑りやすくなり、本発明による界面不安定現象を抑制する効果が十分に発揮されて好ましい。
【００２９】
本発明の積層装置は、合流壁面２１、２２に表面処理を施していることが好ましい。表面処理を施すと、シート材料が合流壁面２１、２２で滑りやすくなり、本発明による界面不安定現象を抑制する効果が十分に発揮されて好ましい。表面処理としては、電気めっき、無電解めっき、化成処理、陽極酸化処理、溶融めっき、溶射、蒸着であるが、これらに限らない。
【００３０】
本発明の積層装置によって製造されたフィルムの用途の代表的なものは、光学用全般、工業用全般、粘着テープ、ディスプレイ、バックライト反射板、タッチパネル、窓貼り、コンデンサー、バッテリーセパレータ、太陽電池、離型用、リボンであるが、これらに限らない。
【実施例】
【００３１】
［実施例１］
本発明の積層装置を用いて、実際に積層フィルムを製造して評価した結果を説明する。具体的な製造方法は以下の通りである。
（１）シート材料：シート材料Ａ；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（東レ（株）製熱可塑性樹脂Ｆ２０Ｓ）、シート材料Ｂ；シクロヘキサンジメタノール共重合ＰＥＴ（イーストマン社製熱可塑性樹脂ＰＥＴＧ６７６３）
（２）仕込み：各シート材料を乾燥後、押出機に供給した。
（３）押出：押出機は２８０℃に設定し、ギヤポンプ、フィルターを介した後、各シート材料を積層装置に供給した。シート材料Ａの流量を１００ｋｇ／ｈ、シート材料Ｂの流量を２０ｋｇ／ｈとした。
（４）積層装置：合流点より上流側の２つの流路は、いずれもシート幅方向寸法１００ｍｍ、シート厚み方向寸法２０ｍｍとした。合流壁面は表面粗さＲａ＝２．４ｕｍ、接触角８５度、２つの合流壁面のなす角度は７０度とした。合流点より下流側の流路は、シート幅方向寸法１００ｍｍ、シート厚み方向寸法４０ｍｍとした。
（５）吐出：積層装置で形成した積層体をＴダイ（５００ｍｍ幅）に供給しシート状に押出した後、静電印加（直流電圧８ｋＶ）にて表面温度２５℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し、成形した。
（６）外観評価：得られた積層フィルムの外観を目視で確認し、界面不安定現象の有無を調べた。
（７）厚み斑評価：界面不安定現象が顕著な場合、その影響でフィルムに厚み斑が生じる。そこで、フィルムの幅方向にほぼ等分に１０区分する点におけるフィルム厚みの最大値から最小値を引いて平均値で割った値を厚み斑とし、界面不安定現象の評価基準とした。
その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は１２％であった。
【００３２】
［実施例２］
合流壁面の表面粗さをＲａ＝９．５ｕｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は１３％であった。
【００３３】
［実施例３］
合流壁面の表面粗さをＲａ＝４．３ｕｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は８％であった。
【００３４】
［実施例４］
合流壁面の表面粗さをＲａ＝７．８ｕｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は９％であった。
【００３５】
［実施例５］
合流壁面の内部に加熱機構としてカートリッジヒーター（φ６、１５０Ｗ）を設置し、温度を２９０℃になるよう調整した以外は、実施例１と同様にして積層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は５％であった。
【００３６】
［実施例６］
合流壁面同士の角度を５０度に変更した以外は、実施例１と同様にして積層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は６％であった。
【００３７】
［実施例７］
合流壁面の接触角を７５度に変更した以外は、実施例１と同様にして積層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で確認できず、厚み斑は４％であった。
【００３８】
［比較例１］
合流壁面の表面粗さをＲａ＝１．３ｕｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で明確に確認でき、厚み斑は１９％であった。
【００３９】
［比較例２］
合流壁面の表面粗さをＲａ＝１２．６ｕｍに変更した以外は、実施例１と同様にして多層フィルムを製造した。その結果、界面不安定現象は目視で明確に確認でき、厚み斑は２３％であった。
【００４０】
［評価結果］
合流壁面の表面粗さＲａが２ｕｍ以上１０ｕｍ以下を満足する実施例１〜４では、界面不安定現象は確認できず、厚み斑も１３％以下と小さくなった。合流壁面の表面粗さを粗くすることでせん断応力および伸長応力が小さくし、界面不安定現象を抑制、高品質な積層シートを安定して得ることができた。特に、合流壁面の表面粗さＲａが好ましい範囲である４ｕｍ以上８ｕｍ以下を満たす実施例３、４は、それぞれ厚み斑が８％、９％であり非常に良好な結果となった。
【００４１】
合流壁面の内部に加熱機構を設置した実施例５は厚み斑が５％であり、実施例１〜４に比べてさらに小さくなった。
【００４２】
合流壁面同士の角度を６０度以下にした実施例６は厚み斑が６％であり、実施例１〜４に比べてさらに小さくなった。
【００４３】
合流壁面の接触角を８０度以下にした実施例７は厚み斑が４％であり、実施例１〜４に比べてさらに小さくなった。
【００４４】
合流壁面の表面粗さＲａが２ｕｍ未満の比較例１は、界面不安定現象が目視で明確に確認でき、厚み斑は１９％と大きかった。壁面での滑りがあまり生じず、せん断応力や伸長応力が小さくならないため、界面不安定現象が生じたと考える。
【００４５】
合流壁面の表面粗さＲａが１０ｕｍよりも大きい比較例２も、界面不安定現象が目視で明確に確認でき、厚み斑は２３％と大きかった。壁面の凹凸にシート材料が引っかかり、流速ムラが生じることで、界面不安定現象が生じたと考える。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、合流壁面の表面粗さを規定することで、界面不安定現象がなく、高品質な積層シートを安定して製造することが出来る。
【符号の説明】
【００４７】
１１：シート材料Ａが流れる流路
１２：シート材料Ｂが流れる流路
１３：シート材料Ａ、Ｂが合流する合流点
１４：積層体を形成する合流部
２１：流路１１の合流点を形成する合流壁面
２２：流路１２の合流点を形成する合流壁面
３１：加熱機構
４１：合流壁面２１と２２の角度
９１：拡幅部
【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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