(57)【要約】【課題】溶液流延法による製膜においてＴダイのリップ先端にメヤニが付着することを防止ないし抑制して、長時間運転による長尺フィルム製造を可能にする。【解決手段】Ｔダイ１０の一対のリップ１８，１９に各々少なくとも一つの冷媒流路３０，３１をＴダイの幅方向に延長形成し、該冷媒流路を流れる冷媒でリップ間隙２０から吐出直前の溶融樹脂を冷却する。リップ先端から吐出直後の溶融樹脂温度が低くなり、内部圧力も小さくなるので、吐出直後の圧力解放による破裂・四散が抑制され、メヤニがリップ先端に付着することを防止ないし抑制する。さらに、上側リップの冷媒流路に流す冷媒温度よりも下側リップの冷媒流路に流す冷媒温度の方を低くするように温度制御して、リップ間隙から吐出直後の溶融樹脂に所望の湾曲を与えることにより、メヤニ付着防止効果をより一層高める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂をＴダイのリップ間隙からドラム表面に吐出・流延させてフィルム成形する流延製膜装置において、一対のリップに各々少なくとも一つの冷媒流路をＴダイの幅方向に延長形成し、該冷媒流路を流れる冷媒でリップ間隙から吐出直前の溶融樹脂を冷却することを特徴とする流延製膜装置。
【請求項２】
上側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度と下側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度とを個別に温度制御可能とする制御手段を備え、上側リップの冷媒流路に流す冷媒温度よりも下側リップの冷媒流路に流す冷媒温度の方を低くするように温度制御して、リップ間隙から吐出直後の溶融樹脂に所望の湾曲を与えることを特徴とする、請求項１記載の流延製膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液流延法（キャスティング法）によりＰＶＡなどの樹脂フィルムを製造する流延製膜装置、特に同装置に用いられるＴダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂からフィルムを製造する方法として、押出成形法やカレンダー法と共に、溶液流延法が知られている。溶液流延法は、ＰＶＡなどの合成樹脂を水などの溶媒に溶融させて調製した流動性の高い原料樹脂溶液をＴダイの先端から吐出してドラムの表面に流延させ、ドラム回転中に加熱・乾燥により溶媒を蒸発させてフィルム状となったものをドラム表面から剥離し、さらに乾燥工程などを経てフィルムを成形する。
【０００３】
すなわち、図６に略示するように、Ｔダイ１の先端に設けられたリップ２，３間の間隙４を流れてきた、たとえば約９８°に加熱された溶融樹脂５が、矢印方向に回転するドラム６の略最上位置に吐出される。ドラム表面６ａは約９０℃に加熱されており、該ドラム表面６ａに流延・付着した溶融樹脂５’から徐々に溶媒が蒸発していく。また、ドラム表面６ａの外側にも加熱手段（図示せず）が設けられ、たとえば１６０℃程度の熱風がドラム表面６ａの溶融樹脂５’に吹き付けられる。これらによりドラム表面６ａの溶融樹脂５’が徐々に乾燥してフィルム状となり、ドラム６が一周して乾燥が進むとドラム表面６ａから剥離され、フィルムとして巻芯（図示せず）に巻き取られて、次工程に供給される。リップ間隙４は、製膜すべきフィルムの厚さに応じて全幅に亘って一定に設定され、膜厚調整機構（図示せず）により調整される。
【０００４】
このような溶液流延法の一例が下記特許文献１に記載されており、押出成形法のように物理的圧力を加えずに製膜する方法であることから均一な光学特性を持った原反フィルムを製造することができる。ＰＶＡ系ポリマーからこうして製造されたＰＶＡ系原反フィルムは必要に応じて縦または横延伸して、各種テレビ部品に使用されるＰＶＡ偏光フィルムとして使用される。
【特許文献１】特開２００１−３１５１４２号公報
【０００５】
ところで、Ｔダイのリップ先端から溶融樹脂をドラム６表面に吐出させた場合、リップ３側の先端フラット面３ａにメヤニと呼ばれる異物７が付着する現象が見られることが知られている。下記特許文献２は押出成形法によりフィルム製膜する場合（フラットダイ法）において、リップ先端面に異物が付着することから、付着した異物を除去するための手段を付設することを提案している。
【特許文献２】特開２００６−３２１１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
メヤニ付着の問題は溶液流延法による場合にも共通している。特許文献２で提案される手法によれば、メヤニを掃除・除去するために装置運転を中断する必要がなく、長尺フィルム製品の製造も可能となるが、メヤニ付着の問題を根本的に解決するものではなく、異物除去ユニットを付設するためのコストが余分にかかる。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、ＰＶＡ原反フィルムなどを製膜するに際してＴダイのリップ先端にメヤニが付着することを実質的に防止し、長時間の連続運転による長尺フィルム成形を可能にすることであり、さらに、光学的な表面縦スジを無くすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するため、本発明者はまず、図６においてリップ３の先端フラット面３ａにメヤニが付着するメカニズムを究明した。メヤニ付着の一因はリップ先端から溶融樹脂５が図示のように湾曲することにあり、このことは特許文献２においても指摘されている。すなわち、リップ先端から吐出した溶融樹脂５は矢印方向に回転するドラム６の表面６ａに載って同方向にドラム６の周速度で移動していくので、図６に示すように、リップ間隙４の上側に位置するリップ３側に湾曲しながら回転ドラム表面６ａに付着する。したがって、リップ出口において溶融樹脂５はリップ３の先端角に接触し、そのフラット面３ａにメヤニ７が付着する。
【０００９】
また、溶融樹脂５がリップ先端から吐出したときに内部気泡が圧力開放されて破裂状態となり、四散した微小な破裂膜がリップ先端面に付着・堆積してメヤニ７に成長して、リップ先端に付着することが分かった。
【００１０】
そこで、本発明者は、このようなメヤニ付着メカニズムを前提として、メヤニ付着を実質的に防止または大幅に減少させる有効な手段を見出すべく実験と研究を重ねて、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、請求項１に係る本発明は、溶融樹脂をＴダイのリップ間隙からドラム表面に吐出・流延させてフィルム成形する流延製膜装置において、一対のリップに各々少なくとも一つの冷媒流路をＴダイの幅方向に延長形成し、該冷媒流路を流れる冷媒でリップ間隙から吐出直前の溶融樹脂を冷却することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明は、請求項１記載の流延製膜装置において、上側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度と下側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度とを個別に温度制御可能とする制御手段を備え、上側リップの冷媒流路に流す冷媒温度よりも下側リップの冷媒流路に流す冷媒温度の方を低くするように温度制御して、リップ間隙から吐出直後の溶融樹脂に所望の湾曲を与えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る本発明によれば、一対のリップに各々少なくとも一つの冷媒流路をＴダイの幅方向に延長形成し、該冷媒流路を流れる冷媒でリップ間隙から吐出直前の溶融樹脂を冷却するようにしたので、リップ先端から吐出直後の溶融樹脂温度が低くなり、内部圧力も小さくなるので、吐出直後の圧力解放による破裂・四散が抑制され、メヤニがリップ先端に付着することを防止ないし抑制する。したがって、付着したメヤニを除去するために特別の装置を付加する必要がない。また、付着したメヤニを除去するための掃除が実質的に不要となり、少なくともその頻度を大幅に減少させることができる。このため、長時間の連続運転が可能になり、１００００ｍまたはそれ以上にも及ぶような超長尺フィルムも製造可能となる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、上側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度と下側に位置するリップの冷媒流路に流す冷媒温度とを個別に温度制御可能とする制御手段を備え、上側リップの冷媒流路に流す冷媒温度よりも下側リップの冷媒流路に流す冷媒温度の方を低くするように温度制御して、リップ間隙から吐出直後の溶融樹脂に所望の湾曲を与えることができる。より詳しくは、リップ先端から吐出された樹脂溶液の両面に温度差がある場合、温度が低い方に湾曲する傾向が生ずるので、このように冷媒温度を制御することによって、吐出直後の樹脂溶液の流れを下側リップ方向に湾曲させることができ、メヤニ付着が生じやすい上側リップ先端への接触を回避することができるので、メヤニ付着防止効果がより一層顕著に発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態による流延製膜装置に用いられるＴダイ１０を示す。このＴダイ１０は本体１１を有する。本体１１は左右一対のブロック１１ａ，１１ｂを締付ボルト２８で固定一体化して構成されている。本体１１の上端には、このＴダイ１０を用いて溶液流延法によりフィルム成形するための原料樹脂溶液を注入する注入口１２が設けられる。原料樹脂溶液はたとえばＰＶＡ樹脂溶液である。
【００１６】
注入口１２は、本体１１の内部に形成される流路１３に連通し、流路１３の下端には水平方向ないしＴダイ幅方向（図１紙面鉛直方向）に延長するマニホールド１４が連通している。マニホールド１４の形状は幅方向に拡大するに従って下流方向に向けて漸減し、その下端において平行ランドとも呼ばれる狭小間隙流路１５に通じている。
【００１７】
また、本体１１の流路１３の両側には縦方向カートリッジヒーター孔１６および幅方向カートリッジヒーター孔１７が設けられている。縦方向カートリッジヒーター孔１６は本体１１の上面に開口してマニホールド１４近くまで延長しており、幅方向カートリッジヒーター孔１７は本体１１の一側面に開口して本体１１の幅（たとえば３６００ｍｍ）の略全般に亘って延長または貫通している。幅方向カートリッジヒーター孔１７は、締付ボルト２８および縦方向カートリッジヒーター孔１６と干渉しない位置に設けられ、この実施形態ではマニホールド１４と縦方向カートリッジヒーター孔１６とに挟まれた位置に設けられている。これらカートリッジヒーター孔１６，１７には加熱手段としてのカートリッジヒーター（図示せず）が挿入される。
【００１８】
本体１１には一対のリップ１８，１９がそれぞれボルト（図示せず）で固着されている。リップ１８，１９は先端が歯こぼれしないようにＳＣＭ４４０などの強靱な材質から形成される。リップ１８，１９間には本体１１の狭小間隙流路１５に略直線状に連続する間隙２０が設けられている。図示のようにＴダイ１０は垂直に対して全体的に傾斜した状態で設置されているので、本体１１の流路１３および狭小間隙流路１５ならびにリップ間隙２０はいずれも垂直に対して傾斜した流路方向を与えている。
【００１９】
リップ間隙２０はたとえば０．８ｍｍ以下の範囲において膜厚調整機構２１を介して微調整可能とされている。膜厚調整機構２１はヒーターボルト２２を備え、その熱膨張・収縮を利用してリップ１９を幅狭部１９ａで湾曲させることでリップ間隙２０（特に吐出口におけるリップ間隙幅）をたとえば±０．３ｍｍの範囲内で微調整する。このような膜厚調整機構は前出の特許文献４などに公知であり、本発明の主題には直接関連しないので、これ以上の詳細説明は割愛する。
【００２０】
さらに図２を参照して、リップ１９の外側面１９ｂは垂直に対してとドラム６との位置関係について図２を参照して説明する。リップ１８の下面１８ａは水平に対して７５°以上（θ４≧７５°）であり、好ましくは略垂直であるか、あるいは垂直Ｖよりリップ間隙２０に近い側に傾斜したいわゆるオーバーハング面となっている。また、その先端角度θ１は４５°以下である。また、リップ１８の先端角度θ２も４５°以下であることが好ましく、（θ１＋θ２）≦９０°である。リップ１８の外側面（下面）１８ａはドラム表面６ａに接触しないようにできるだけ水平に近いことが好ましい。これらの理由については後述する。
【００２１】
リップ１８，１９にはリップ間隙２０に隣接して冷媒流路３０，３１が幅方向に貫通している。所定温度に調整された冷媒（水など）が冷媒流路３０，３１を流れることにより、リップ間隙２０を流下してきた原料樹脂溶液５がリップ１８，１９との接触箇所において吐出直前に冷却される。この作用については後述する。
【００２２】
以上のＴダイ構成において、押出機やギアーポンプ（いずれも図示せず）から供給される原料樹脂溶液５が本体１１の注入口１２から入り込むと、この原料樹脂溶液５は流路１３を通ってマニホールド１４に入り、Ｔダイ１０の全幅に拡幅した後、狭小流路１５からリップ間隙２０に入り、その先端からドラム６の表面６ａ上に吐出する。ドラム６は矢印方向に所定速度で回転しており、原料樹脂溶液５はドラム６の最上位置近辺の表面６ａ上に吐出され、従来技術に関して図６を参照して既述したように、ドラム６の回転につれてドラム側と周辺の乾燥吹付エアーによって加熱乾燥されてフィルム状になって剥離され、次工程へと向かう。
【００２３】
既述したように、リップ間隙２０から吐出された原料樹脂溶液５は、ドラム６の回転方向、すなわちリップ１９の方向に引き取られながらドラム表面６ａに載ってドラム回転と共に移動していくが、リップ１９の先端はフラットな面を持たず、しかも先端角度が９０°未満の鋭角形状とされている（好ましくは本実施形態のように先端角度θ１≦４５°）ので、溶融樹脂５に含まれる溶媒がリップ先端から吐出したときに溶媒が瞬時に揮発して破裂状態となって四散しても、リップ１９の先端１９ｃに付着しにくい。仮に微量の揮発分がリップ先端１９ｃに付着しても、フラット面を持たない鋭角形状であり、しかもリップ外側面１９ｂはθ４≧７５°と略垂直に近い面またはθ４＞９０°以上のオーバーハング面とされているので、一旦付着した揮発分もすぐにリップ先端１９から離脱し、メヤニに成長することがほとんどない。
【００２４】
なお、メヤニ付着防止のためにはリップ先端角度θ１は小さいほど良いが、余りに小さくするとリップ先端１９ｃが強度的に弱くなって破損などの恐れが生ずる。したがって、リップ先端角度θ１（θ２も同様）の実際上の最小角度は４０°程度である。
【００２５】
さらに、図３に示すように、リップ１９の先端１９ｃがリップ１８の先端１８ｂよりｇ１＝０〜１．０ｍｍだけリップ間隙２０方向に短く形成されることが好ましい。これは、原料樹脂溶液５はリップ間隙２０を流れるときにリップ１８，１９の各内側面１８ｃ，１９ｄに接触して抵抗を受けることになるので、長い方のリップ１８において流動抵抗が相対的に大きくなり、したがって流動抵抗が相対的に小さい反対側の短い方のリップ１９からの吐出量が多くなって、図３に矢印で示すようにリップ１８側への湾曲を生じさせようとする。この傾向が、従来技術に関して図６を参照して既述したような吐出直後の原料樹脂溶液５がリップ１９方向に湾曲することを抑制し、メヤニ付着防止効果がより一層顕著なものとなる。リップ間隙２０から吐出された原料樹脂溶液５は、リップ出口で図３矢印方向（下方）への湾曲が生ずるが、直後にドラム表面に接するとドラム回転方向、すなわち図３矢印方向とは反対方向への湾曲となって移動していく。
【００２６】
なお、リップ先端の流動方向段差ｇ１が大きすぎると図３に矢印で示す湾曲が強くなってしまい、ドラム回転方向に沿った流延を阻害する恐れが生ずるので、その上限は１．０ｍｍ程度である。
【００２７】
上記のようにリップ先端１８ｂ，１９ｃに段差ｇ１を設けたリップ形状とすることは、リップ先端から吐出される原料樹脂溶液５の流延方向を調整する機能を持つが、実際の流延方向は、リップ間隙２０の傾斜角度、リップ間隙２０を流れる原料樹脂溶液５の流速、ドラム６の回転速度（周速度）、リップ先端１８ｂとドラム表面６ａとの間のエアーギャップｇ２（図２）などとの相関で決まる。特にリップ間隙２０の傾斜角度θ３（図２）は流延方向に対して大きな相関を持ち、最も理想的には、リップ先端から吐出された原料樹脂溶液５がドラム表面６ａに落下した地点における接線方向に略一致させた傾斜角度とすることが好ましいが、リップ１８の先端角度θ２を４０°未満のような小さな角度にできないこと（既述）などから、実際には図２に示すようにある程度湾曲した流延状態とならざるを得ない。
【００２８】
ここでリップ間隙２０の傾斜角度θ３が立ちすぎている（鋭角すぎる）と、リップ先端１９ｃへのメヤニ付着を有効に防止することができたとしても、吐出時に原料樹脂溶液５がリップ先端１９ｃに接触して、製品フィルムの表面に流延方向の縦スジが現れてしまい、品質を低下させる。このような場合には、縦スジができなくなるまで傾斜角度θ３を大きくしてリップ間隙２０を吐出後の流延方向に対して直線的に仕上げる必要がある。また、原料樹脂溶液５の流速やドラム周速度などは製膜条件に支配される変動要因であるため、最適傾斜角度θ３は一定ではなく、個々の製膜によって変動する。
【００２９】
このような要求に応えるため、Ｔダイ１０の全体またはリップ１８，１９からなる先端部分のみを回転させることによりリップ間隙２０の傾斜角度θ３を変える流延方向調整手段を設けることが好ましい。
【００３０】
図４を参照して、Ｔダイ１０には回転軸２３が固着され、この回転軸２３は一対の垂直軸２４ａ，２４ｂの下端に回転自在に軸支されている。そして、一方の垂直軸２４ｂの側において、回転軸２３にはウォーム２５が形成されていて、ウォーム減速機２５のウォームホイール（図示せず）と噛み合っている。ウォームホイールは回転伝達手段を介してモータ（いずれも図示せず）により回転駆動され、ウォーム２５との噛み合いを介して回転軸２３を所定の低速度で回転させる。これによりＴダイ１０の全体を回転させ、リップ間隙２０の傾斜角度θ３（流延方向）を調整することができる。
【００３１】
なお、リップ先端１８ｂとドラム表面６ａとの間のエアーギャップｇ２（図２）はたとえば２．５〜３．０ｍｍの範囲において微調整することが好ましく、このためにＴダイ１０を昇降させる昇降機構２７が設けられている。流延方向調整のためにＴダイ１０を回転させたときに下側に位置するリップ１８がドラム表面６ａに干渉してしまう恐れがある場合は、あらかじめ昇降機構２７を作動させてＴダイ１０を上方に待避させるか、あるいはドラム６のジャッキ装置（図示せず）を作動させてドラム６を下方に退避させた後に、上記のようにしてＴダイ１０を回転させて流延方向を調整し、その後再度昇降機構２７またはドラムジャッキ装置を作動させてＴダイ１０を下降またはドラム６を上昇させてエアーギャップｇ２を調整する。
【００３２】
図１を参照して既述したように、Ｔダイ本体１１の流路１３の両側には縦方向カートリッジヒーター孔１６および幅方向カートリッジヒーター孔１７が設けられていて、これらカートリッジヒーター孔１６，１７にカートリッジヒーター（図示せず）を挿入して本体１１を加熱することにより、流路１３を流れる原料樹脂溶液５の溶融状態を維持する。このためには流路１３の両側を本体１１の幅方向全般に亘って均一に加熱することが理想であるが、一対のブロックを組み付けて本体１１とするための締付ボルトを挿通するボルト孔２８がマニホールド１４の上方に沿うように断続的に形成されるため、縦方向カートリッジヒーター孔１６はこれらボルト孔２８の間に間隔をおいて配置されている（図５）。この間隔は締付ボルト孔２８の径に依存し、６５〜７５ｍｍまたはそれ以上の間隔を設けざるを得ないため、本体１１の幅方向に温度ムラ（たとえば５℃またはそれ以上）が生じ、マニホールド１４およびその後の原料樹脂溶液５の流動に大きな影響を与え、成形されるフィルムに厚さムラが生じてしまう。たとえば７５μｍ厚さのＰＶＡ原反フィルムを±２％以内に厚さ制御するためには温度ムラを実質的になくさなければならない。
【００３３】
上記課題を解決するため、この実施形態では縦方向カートリッジヒーター孔１６に加えて本体１１の幅方向に延長するカートリッジヒーター孔１７を形成して、該幅方向カートリッジヒーター孔１７にもカートリッジヒーターを挿入して製膜することにより、本体１１の幅方向温度ムラをなくしている。
【００３４】
図１および図５に示す幅方向カートリッジヒーター孔１７の位置は限定的ではなく、他の部品と干渉しない限りにおいて、マニホールド周辺であれば幅方向温度ムラを実質的に解消することができ、その数も適宜設定することができる。たとえば図１に示すように流路１３と縦方向カートリッジヒーター孔１６とに挟まれた位置において、縦方向に複数の幅方向カートリッジヒーター孔１７を並置しても良い。あるいは、縦方向カートリッジヒーター孔１６の下方に幅方向カートリッジヒーター孔１７を設けても良い。これらの配置を併用しても良い。
【００３５】
また、この実施形態ではカートリッジヒーター孔１７にカートリッジヒーターを挿入して加熱を行うが、カートリッジヒーター孔１７に相当する流路に温風などの加熱媒体を流すようにしても良い。なお、図５において符号２９は本体１１の側面を覆うサイドプレートである。
【００３６】
図１に関して既述したように、リップ１８，１９の内部に冷媒流路３０，３１が幅方向に貫通して設けられ、これら冷媒流路３０，３１に水などの冷媒が流れることにより、吐出直前の原料樹脂溶液５を冷却する。メヤニ発生メカニズムとして本発明者が究明したように、原料樹脂溶液５がリップ先端から吐出したときに該原料樹脂溶液に含まれる溶媒が瞬時に沸騰・揮発・発泡してリップ先端面に付着する。リップ１８，１９内部を流れる冷媒は、吐出直前の原料樹脂溶液５を幅方向に亘って略均一に冷却するので、この現象を抑制して、リップ先端の汚れを防止する。
【００３７】
さらに、リップ先端から吐出された原料樹脂溶液５の両面に温度差がある場合、温度が低い方に湾曲する傾向が生ずるので、リップ１８内の冷媒流路３０に流す冷媒温度とリップ１９内の冷媒流路３１に流す冷媒温度とを個別に温度制御可能としておいて、前者が後者よりも低い温度になるように温度制御すれば、図３に示すようなリップ１８側への湾曲傾向が生じ、従来技術に関して図６を参照して既述したようなリップ１９方向への湾曲傾向を抑制できる。
【００３８】
これらにより、メヤニの発生を防止すると共にメンテナンス頻度を減少させて、長時間運転を可能にする。なお、図２および図３では冷媒流路３０，３１は図示省略されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態による流延製膜装置に用いられるＴダイをドラムと共に示す断面図である。
【図２】このＴダイのリップ形状およびドラムとの位置関係を示す拡大図である。
【図３】Ｔダイのさらに好適なリップ形状を示す拡大図である。
【図４】Ｔダイが回転可能且つ昇降可能に設置された状態を示す説明図である。
【図５】図１中Ｖ−Ｖ切断線による部分断面図である。
【図６】従来技術による流延製膜装置におけるＴダイをドラムと共に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  Ｔダイ（従来技術）
２，３  リップ
２ａ，３ａ  リップ先端フラット面
４  リップ間隙
５  原料樹脂溶液
６  ドラム
６ａ  ドラム表面
７  メヤニ
１０  流延製膜装置のＴダイ
１１  本体
１２  注入口
１３  流路
１４  マニホールド
１５  狭小流路
１６  縦方向カートリッジヒーター孔
１７  幅方向カートリッジヒーター孔
１８  （下側）リップ
１９  （上側）リップ
２０  リップ間隙
２１  膜厚調整機構
２２  ヒーターボルト
２３  回転軸
２４ａ，２４ｂ  垂直軸
２５  ウォーム
２６  ウォーム減速機
２７  昇降機構
２８  締付ボルト孔
２９  サイドプレート
３０  リップ１８内部の冷媒流路
３１  リップ１９内部の冷媒流路
【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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