(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口と、前記供給口から供給された樹脂を定量輸送する供給部と、樹脂を混練・圧縮する圧縮部と、混練・圧縮された樹脂を計量する計量部とを有するバレルと、
前記バレル内に組み込まれたスクリューと、
前記バレルの基端部に設けられ、前記供給口に取り付けられた非晶質の熱可塑性樹脂を供給するホッパと、
前記バレルの先端部に設けられた溶融樹脂の吐出口と、
前記バレルの長さ方向に沿って区分けされた複数の温度制御ゾーンに、それぞれ設けられた温度検出装置、前記バレルを囲う加熱装置及び該加熱装置を囲う冷却装置を備えた溶融押出装置であって、
前記供給部に対応する温度制御ゾーンにおいて、前記温度検出装置の検出結果に基づいて冷媒の流量又は温度の少なくとも一方を変更しながら前記冷却装置により常時冷却を行い、交流電力調整器により制御されるヒーターで構成される前記加熱装置により前記ヒーターの出力の平均値が１０〜９０％となる範囲で加熱を行うことで目標温度となるよう冷却装置及び加熱装置が制御されることを特徴とする溶融押出装置。
【請求項２】
供給口と、前記供給口から供給された樹脂を定量輸送する供給部と、樹脂を混練・圧縮する圧縮部と、混練・圧縮された樹脂を計量する計量部とを有するバレルと、
前記バレル内に組み込まれたスクリューと、
前記バレルの基端部に設けられ、前記供給口に取り付けられた非晶質の熱可塑性樹脂を供給するホッパと、
前記バレルの先端部に設けられた溶融樹脂の吐出口と、
前記バレルの長さ方向に沿って区分けされた複数の温度制御ゾーンに、それぞれ設けられた温度検出装置、前記バレルを囲う加熱装置及び該加熱装置を囲う冷却装置を備えた溶融押出装置であって、
前記供給部に対応する温度制御ゾーンにおいて、冷媒の入りと戻りの温度差を検出する温度検出装置の検出結果に基づいて冷媒の流量又は温度の少なくとも一方を変更しながら前記冷却装置により常時冷却を行い、交流電力調整器により制御されるヒーターで構成される前記加熱装置により前記ヒーターの出力の平均値が１０〜９０％となる範囲で加熱を行うことで目標温度となるよう冷却装置及び加熱装置が制御されることを特徴とする溶融押出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶融押出装置を用いて熱可塑性樹脂を溶融してダイからフィルム状に溶融押出しする工程と、前記溶融押出されたフィルム状の熱可塑性樹脂をキャスティングする工程と、前記キャスティングされた熱可塑性樹脂を巻き取る工程を含むことを特徴とする熱可塑性樹脂フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融押出装置及び熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に関し、特に非晶質の熱可塑性樹脂に適用される溶融押出装置及び熱可塑性樹脂フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂であるセルロースアシレートフィルム等のセルロース系樹脂フィルムは、セルロース系樹脂を溶融押出装置で溶融してダイに押し出し、この溶融樹脂をダイからフィルム状に吐出して冷却固化することによって製膜される。
【０００３】
この熱可塑性樹脂フィルムの品質を一定に保つため、溶融押出装置が複数の温度制御ゾーンに区分けされ、各温度制御ゾーンは目標温度になるよう制御される。溶融押出装置の温度制御装置に関して、特許文献１はバレルの周囲にヒーターを配置し、ヒーターの周囲に冷却媒体の流路を設け、樹脂温度が目標値を超えたときに流路に冷却媒体を供給し、温度制御することを開示している。
【０００４】
また、特許文献２は、バレル外周にヒーターを配置し、バレル内に組み込まれたスクリュー内に冷却水を循環することで温度制御することを開示している。
【特許文献１】特開２００４−３１４３９９号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非晶質の熱可塑性樹脂を溶融押出装置で溶融押出する場合、供給部でのバレル温度のバラツキがスクリュー先端圧のバラツキを引き起こすため、供給部での温度調整が重要となる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の溶融押出装置では、流路に冷却媒体が供給されたときに、バレルが急激に冷却されるので、温度が一定に達するまでの温度バラツキが大きくなる。
【０００７】
また、特許文献２の溶融押出装置では、スクリュー内を循環する冷却水で冷却するため溶融樹脂が冷却水の温度に影響を受けやすくバレル温度を正確に制御することは難しい。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、バレル温度のバラツキが小さく、スクリュー先端圧のバラツキの小さい溶融押出装置およびこれを利用した熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の溶融押出装置は、バレルと、前記バレル内に組み込まれたスクリューと、前記バレルの基端部に設けられた、非晶質の熱可塑性樹脂を供給するホッパと、前記バレルの先端部に設けられた溶融樹脂の吐出口と、前記バレルの長さ方向に沿って区分けされた複数の温度制御ゾーンに、それぞれ設けられた温度検出装置、前記バレルを囲う加熱装置及び該加熱装置を囲う冷却装置を備えた溶融押出装置であって、前記ホッパ側に位置する少なくとも一つの温度制御ゾーンにおいて、前記冷却装置により常時冷却を行い、前記加熱装置により加熱を行うことで目標温度となるよう冷却装置及び加熱装置が制御されることを特徴とする。
【００１０】
非晶質の熱可塑性樹脂はホッパから供給されると、バレル内でスクリューにより回転さされ、摩擦熱を発生する。特に高い摩擦熱を発生する温度制御ゾーンを冷却装置で常時冷却し、加熱装置の加熱で目標温度になるようにしたので、バレル温度のバラツキを非常に小さくすることができる。その結果、スクリュー先端圧も安定し、バレルから吐出される樹脂フィルムの厚みのバラツキを小さくすることができる。
【００１１】
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記加熱装置が、ヒーターの出力を交流電力調整器により制御する方式であることを特徴とする。交流電力調整器により制御することで出力を連続的に変化させることができる。その結果、精度よく温度制御することができる。
【００１２】
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記ヒーターの出力の平均値が１０〜９０％であることを特徴とする。ヒーター出力の平均値を１０〜９０％とすることで、応答性よく制御することができる。
【００１３】
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記冷却装置が一定流量・一定温度の媒体で常時冷却を行なうよう制御されることを特徴とする。一定流量・一定温度の媒体で常時冷却を行なうことで比較的簡易な冷却装置と制御系で温度制御することができる。
【００１４】
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記冷却装置が前記温度検出装置の検出結果に基づいて媒体の流量又は温度の少なくとも一方を変更し常時冷却を行なうよう制御されることを特徴とする。バレル温度を検出する温度検出装置の検出結果に基づいて流量又は温度を変更したので、加熱装置の稼働率を下げることができ、高い精度で温度制御することができる。
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記冷却装置の媒体の入りと戻りの温度差を検出する温度検出装置を更に備え、前記冷却装置が該温度検出装置の検出結果に基づいて媒体の流量又は温度の少なくとも一方を変更し、常時冷却を行なうよう制御されることを特徴とする。
【００１５】
媒体の入りと戻りの温度差を検出し、その結果に基づいて媒体の流量又は温度を変更したので、更に高い精度で温度制御することができる
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記媒体が冷媒であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の溶融押出装置は、前記発明において、前記媒体がエアーであることを特徴とする。
【００１７】
冷却装置における好適な媒体を規定したものである。
【００１８】
本発明の熱可塑性樹脂フィルムの製造方法は、前記溶融押出装置を用いて熱可塑性樹脂を溶融してダイからフィルム状に溶融押出しする工程と、前記溶融押出されたフィルム状の熱可塑性樹脂をキャスティングする工程と、前記キャスティングされた熱可塑性樹脂を巻き取る工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
前記溶融押出装置を用いたことにより、スクリュー先端圧を安定させることができ、厚みのバラツキの小さい熱可塑性樹脂フィルムを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、バレル温度のバラツキを非常に小さく、スクリュー先端圧も安定した熱可塑性樹脂の溶融押出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
【００２２】
図１は本発明に係る溶融押出装置の概略構成図を示している。溶融押出装置１０は、バレル１２と、バレル１２内に組み込まれたスクリュー１４を備えている。スクリュー１４はその基端で不図示のスクリュー駆動モータと連結され、スクリュー駆動モータにより回転駆動される。
【００２３】
非晶質の熱可塑性樹脂１６をバレル１２に供給するためのホッパ１８がバレル１２の基端部に取り付けられる。熱可塑性樹脂１６はペレット状でホッパ１８に供給される。
【００２４】
バレル１２は長手方向に沿って複数の温度制御ゾーン、例えばＺ１〜Ｚ５に区分けされる。各温度制御ゾーンＺ１〜Ｚ５に対応して、加熱装置２０，２２，２４，２６，２８がバレル１２の周囲を囲むように設けられる。冷却装置３０，３２，３４，３６，３８が加熱装置２０，２２，２４，２６，２８を囲うように設けられる。同様に各温度制御ゾーンＺ１〜Ｚ５に対応して、バレル１２の温度を検出する温度検出装置４０，４２，４４，４６，４８がバレル１２に設けられる。温度検出装置４０，４２，４４，４６，４８の検出結果に基づいて、冷却装置３０，３２，３４，３６，３８及び加熱装置２０，２２，２４，２６，２８を制御する温度制御装置５０，５２，５４，５６，５８が設けられる。
【００２５】
バレル１２内は供給口６０から順に、供給口６０から供給された樹脂を定量輸送する供給部（Ａで示す領域）と、樹脂を混練・圧縮する圧縮部（Ｂで示す領域）と、混練・圧縮された樹脂を計量する計量部（Ｃで示す領域）とで構成される。スクリュー１４で送出された溶融樹脂を吐出するための吐出口６２がバレル１２の先端部に設けられる。
【００２６】
以上のように構成された溶融押出装置の動作を説明する。ホッパ１８から非晶質の熱可塑性樹脂１６、例えばセルロースアシレート樹脂が供給口６０を介してバレル１２内に供給される。熱可塑性樹脂１６が温度制御装置５０，５２，５４，５６，５８で温度制御されたバレル１２内をスクリュー１４により溶融・混練されながらバレル１２の吐出口６２に押出される。
【００２７】
各温度制御ゾーンＺ１〜Ｚ５では、温度検出装置４０，４２，４４，４６，４８の検出結果に基づいて、温度制御装置５０，５２，５４，５６，５８が冷却装置３０，３２，３４，３６，３８及び加熱装置２０，２２，２４，２６，２８を各目標温度になるよう制御する。
【００２８】
温度制御ゾーンＺ１を例にすれば、バレル１２に設けられた温度検出装置４０の検出結果が、温度制御装置５０に出力される。温度制御装置５０では温度検出装置４０の出力値（バレル温度）と設定された目標温度を比較し、補正値を計算する。補正値に基づいて温度制御装置５０は加熱装置２０と冷却装置３０を駆動制御する。なお、目標温度は各温度制御ゾーンで異なる値が設定されている。
【００２９】
本発明においては、供給部Ａに相当するＺ１とＺ２では、温度制御装置５０，５２が、冷却装置３０，３２で常時冷却し、加熱装置２０，２２により加熱することで目標温度となるよう冷却装置と加熱装置を制御することを特徴している。
【００３０】
従来の温度制御装置は、目標温度にするため、冷却装置をオン・オフ制御方式で、加熱装置をオン・オフ制御方式又は出力可変方式で制御していた。具体的には、温度検出装置の検出結果に基づいて、目標温度より高いときは冷却装置がオン、加熱装置がオフされ、目標温度より低いときは冷却装置がオフ、加熱装置がオンされるよう制御されていた。
【００３１】
非晶質の熱可塑性樹脂を溶融押出装置で溶融押出する場合、供給部はスクリュー、バレル及び樹脂の摩擦熱により、目標温度より高くなることが多い。溶融押出装置がバレルの周囲に冷却装置と加熱装置を備えていても、供給部では実質的に冷却装置のみがオン・オフされ、加熱装置がオンされることはほとんどなかった。そのため供給部では稼働率の低い冷却装置のみの駆動であるため、目標温度に対するバレル温度のバラツキが大きかった。
【００３２】
供給部でのバレル温度のバラツキが、フィルム厚のバラツキの原因となるスクリュー先端の圧力変動を引き起こすため、供給部でのバレル温度の変動を抑えることが安定した熱可塑性樹脂フィルム上で重要となってきた。
【００３３】
本発明では、供給部に相当する温度制御ゾーンでは、摩擦熱を考慮して、冷却装置で常時冷却して、加熱装置により加熱することで目標温度となるよう冷却装置と加熱装置を制御するに至った。
【００３４】
一方で、供給部に相当する温度制御ゾーンでは、冷却装置で常時冷却することから、過冷却によるバレル温度のバラツキを避けるため、冷却装置はバレルの周囲に配置された加熱装置を囲うように配置される。
【００３５】
次に、上述の溶融押出装置に適用される冷却装置と加熱装置の好ましい制御方法について説明する。
【００３６】
上述の溶融押出装置に適用される加熱装置２０，２２は、ヒーターの出力を交流電力調整器により制御する方式であることが好ましい。交流電力調整器により制御することで出力を連続的に変化させることができるので、精度よく温度制御することができる。
【００３７】
また、その加熱装置２０，２２のヒーターの出力の平均値が１０〜９０％であることが好ましい。ヒーター出力の平均値を１０〜９０％とすることで、応答性よく制御することができる。その観点からヒーターの平均出力は５〜３０％であることがさらに好ましい。
【００３８】
また、温度制御装置５０，５２において、常時冷却は一定流量・一定温度の媒体を流して行なうことが好ましい。比較的簡易な冷却装置と制御系で供給部の温度を制御することができる。例えば、加熱装置２０，２２に周囲に配置された冷却装置３０，３２として媒体の流路を形成し、流路内に一定流量・一定温度のエアー又は冷媒を流すことで常時冷却が容易に実現される。
【００３９】
次に、冷却装置３０，３２の媒体の流量又は温度の少なくとも一方を温度検出装置４０，４２の検出結果に基づいて変更することで、精度の高い温度制御が可能となる。その組み合わせとして、（１）一定流量の媒体を流し、バレルの温度を検知して、媒体の温度を変更する、（２）一定温度の媒体を流し、バレルの温度を検知して流量を変更する、（３）バレルの温度を検知して、冷媒の流量と温度を変更する、ことが考えられる。
【００４０】
（１）に関して、温度制御装置５０，５２の制御方式を変更すると共に、媒体の流路にバルブを設けることで容易に実現できる。（２）に関して、温度制御装置５０，５２の制御方式を変更すると共に、媒体の流路に温度調整装置を設けることで容易に実現できる。（３）に関して、温度制御装置５０，５２の制御方式を変更すると共に、バルブと温度調整装置を設けることで容易に実現することができる。
【００４１】
次に、冷却装置の媒体の入りと戻りの温度差を検出する温度検出装置を設けて、温度検出装置の検出結果に基づいて媒体の流量又は温度の少なくとも一方を変更するような制御ループを含むカスケード制御とすることで更に高い精度で温度制御することができる。
【００４２】
温度制御装置５０，５２の制御方式を変更すると共に、冷却装置の媒体の入りと戻りの温度差を検出する温度検出装置を設けることで容易に実現することができる。
【００４３】
冷却装置の媒体としては冷媒又はエアーを好適に使用することができる。例えば、冷媒として水，ブライン等を使用できる。また、エアーとして空気，窒素等を使用することができる。
【００４４】
従来の溶融押出装置で温度制御した場合、供給部の温度バラツキは±３℃であった。一方、本発明を利用した場合、供給部の温度バラツキは±０．６℃であった。本発明により、バラツキが１／５になり、スクリュー先端圧のばらつきは１／８になった。
【００４５】
最後に本発明の溶融押出機を適用した熱可塑性樹脂フィルムの製造方法を、図２を参照に説明する。
【００４６】
図２に示すように、熱可塑性樹脂フィルムの製造装置は、主として、熱可塑性樹脂１６を溶融する溶融押出装置１０と、溶融された熱可塑性樹脂１６をフィルム状に溶融押出するダイ６６と、ダイ６６から吐出された高温の熱可塑性樹脂フィルム１６Ａ（以下、フィルム１６Ａという）を多段冷却する複数の冷却ローラ６８、７０、７２と、最後の冷却ローラ７２からフィルム１２Ａを剥離する剥離ローラ７４と、冷却されたフィルム１６Ａを巻き取る巻取機７６とで構成される。
【００４７】
溶融押出装置１０によって溶融された熱可塑性樹脂１６は、配管６４を介してダイ６６に送られ、ダイ６６の吐出口からフィルム状に吐出される。次に、ダイ６６から吐出された高温のフィルム１６Ａは多段に配置された３本の冷却ローラ６８、７０、７２により多段冷却される。フィルム１６Ａは３本の冷却ローラ６８、７０、７２により冷却固化されながら搬送される。冷却されたフィルム１６Ａは巻取機７６で巻き取られる。なお、必要に応じて、フィルムにレターデーションを発現させるため、巻取機７６での巻き取り前に横延伸及び又は縦延伸の工程が導入される。
【００４８】
前記溶融押出装置を用いたことにより、スクリュー先端圧を安定させることができ、厚みのバラツキの小さい熱可塑性樹脂フィルム１６Ａを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】溶融押出機の概略構成図。
【図２】本発明が適用されるフィルム製造装置の構成図
【符号の説明】
【００５０】
１０…溶融押出装置、１２…バレル、１４…スクリュー、１６…熱可塑性樹脂、１８…ホッパ、２０，２２，２４，２６，２８加熱装置、３０，３２，３４，３６，３８…冷却装置、４０，４２，４４，４６，４８…温度検出装置、５０，５２，５４，５６，５８…温度制御装置、６０…供給口、６２…吐出口、６４…配管、６６…ダイ、６８，７０，７２…冷却ローラ、７４…剥離ローラ、７６…巻取機
【図１】
0004886648.tif 000002
【図２】
0004886648.tif 000003