JP2017189732A - フィルムの異物除去機構及びフィルム製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムに付着した微小な磁性異物を除去できるフィルムの異物除去機構及びフィルム製造装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様にかかるフィルムの異物除去機構は、フィルム又はフィルムを成形する前の溶融体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される前記フィルム又は前記溶融体の少なくとも一面に、イオンを供給して前記フィルム又は前記溶融体を除電する除電器と、前記除電器より搬送方向の下流側に設けられ、前記フィルム又は前記溶融体に付着した磁性異物を吸着する磁石と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムの異物除去機構及びフィルム製造装置に関する。

ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン及びポリ塩化ビニル等に代表される汎用プラスチックフィルムは、各種包装等の生活用品から自動車等の工業用品の部材まで、種々の用途で用いられている。例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンは、リチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等のセパレータフィルムとして用いられている。

用途によってフィルムに求められる品質は異なるが、フィルムに混入した異物は種々の問題の原因となるため、異物を減少させるということは共通の課題である。例えば、フィルムを光学用途に用いる場合、異物は散乱原因であり、フィルムの透明性等の劣化の原因となる。またフィルムを電池等の用途に用いる場合は、フィルムに混入した金属異物は、電池の短絡等の原因となる。またこの他、フィルムに混入した異物は、フィルム強度の低下の原因にもなりうる。

例えば特許文献１には、２軸ベント式押出機を用いて、所定の樹脂異物による欠点を３個／１００００ｍ^２以下にした樹脂フィルムが記載されている。

また例えば特許文献２には、長径５０μｍ以上の異物の個数を３〜２０００個／１０００ｍ^２に低減した偏光板用保護フィルムが記載されている。

また特許文献３には、リチウムイオン二次電池用のセパレータのスラリーから磁石を使用して磁性異物を除去する方法が記載されている。

特開平１１−２７７６２２号公報 特開２０１５−１０２６５５号公報 特開２０１５−６５０９７号公報

しかしながら従来の方法では、フィルムに混入した磁性異物を充分に除去できるとは言えなかった。中でも特に１００μｍ以下の微小な磁性異物は、静電気力などの要因の影響を受けるために充分に除去することが困難であった。
このような微小な磁性異物が付着又は混在したフィルムを用いて製品を加工すると、製品の品質に影響が及ぶ場合があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、フィルムに付着した微小な磁性異物を除去できるフィルムの異物除去機構及びフィルム製造装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明のフィルムの異物除去機構及びフィルム製造装置が有する特徴を以下に示す。

（１）本発明の一態様にかかるフィルムの異物除去機構は、フィルム又はフィルムを成形する前の溶融体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される前記フィルム又は前記溶融体の少なくとも一面に、イオンを供給して前記フィルム又は前記溶融体を除電する除電器と、前記除電器より搬送方向の下流側に設けられ、前記フィルム又は前記溶融体に付着した磁性異物を吸着する磁石と、を備える。

（２）上記（１）に記載のフィルムの異物除去機構において、前記除電器及び前記磁石が、前記フィルム又は前記溶融体の両面に設けられていてもよい。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかに記載のフィルムの異物除去機構において、前記除電器及び前記磁石が、前記搬送方向に交互に複数設けられていてもよい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のフィルムの異物除去機構において、前記磁石は、前記搬送方向と略垂直をなす幅方向に延在して前記幅方向で略均一な磁場を形成する構成でもよい。

（５）本発明の一態様にかかるフィルム製造装置は、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載のフィルムの異物除去機構を備える。

（６）上記（５）に記載のフィルム製造装置において、フィルムを成形する前の溶融体を吐出する吐出機構と、吐出された前記溶融体を成形するフィルム成形機構と、前記フィルム成形機構で成形されたフィルムを延伸する延伸機構と、をさらに備え、前記フィルムの異物除去機構が、前記吐出機構と前記フィルム成形機構の間または前記延伸機構の後の、一方または両方に設けられていてもよい。

本発明の一態様にかかるフィルムの異物除去機構によれば、フィルムに対してイオンを供給して除電した後に、磁石がフィルムに対して磁場を与えるため、静電気力の影響を受けることなく、磁性異物を吸着して除去できる。中でも、サイズが５０μｍ前後の磁性異物を除去することが可能である。
また、本発明の異物除去機構をリチウムイオンバッテリ用セパレータフィルムに適用した場合、セパレータフィルム表面から５０μｍ前後のサイズの磁性異物を除去することが可能となる。

本発明の第１実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。 本発明の第１実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の磁石近傍を拡大した拡大斜視図である。 本発明の第１実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の変形例の概略図である。 本発明の第２実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。 本発明の第３実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。 本発明の一態様にかかるフィルム製造装置の概略図である。

「フィルムの異物除去機構」
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。
図１に示すように、フィルムの異物除去機構１０は、搬送手段１と、除電器２と、磁石３とを有する。フィルムの異物除去機構１０は、フィルム又はフィルムを成形する前の溶融体から磁性異物を除去する。

ここで、本明細書においてフィルムは、一般に広く用いられる薄いフィルムのみに限定されず、ある程度の剛性を有するシートも含む。またフィルムを成形する前の溶融体とは、樹脂フィルムを成形する場合は樹脂組成物であり、ガラスシート等の無機化合物からなるフィルムを成形する場合は溶融したガラスである。

以下、フィルムから磁性異物を除去する場合を例に説明する。
搬送手段１は、フィルムｆを一方向に搬送できれば特に問わない。例えば、図１に示す搬送手段１は、巻出し部１ａと巻き取り部１ｂとを備える搬送手段１である。巻出し部１ａで巻き出されたフィルムｆは、巻き取り部１ｂで再度巻き取られることで、フィルムｆは一方向に流れる。以下、フィルムｆの巻出し部１ａ側を「上流」、巻き取り部１ｂ側を「下流」、フィルムの流れ方向を「搬送方向」ということがある。

搬送手段１によって搬送されるフィルムｆの種類は、特に問わない。例えば、光学用途のフィルム、セパレータ等の電子デバイス用とのフィルム等のフィルム等から磁性異物を除去することができる。

除電器２は、搬送方向に流れるフィルムｆの一面に設けられる。除電器２は、フィルムｆと接触せずに、一定の距離を離して配置されている。除電器２には、例えば、イオナイザ等を用いることができる。以下、除電器２の一例であるイオナイザを用いた場合を例にとって説明する。

イオナイザ２は、イオンをフィルムｆに供給する。イオナイザ２はプラス（正）イオンおよびマイナス（負）イオンを供給することができ、プラスイオンおよびマイナスイオンの供給量が制御装置（図示省略）によってコントロールされる。

イオナイザ２は正イオン用放電針と負イオン用放電針とを備え、各放電針に電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させ、これにより生成された正イオンまたは負イオンがイオン供給口（図示省略）を介して供給される。イオナイザ２の供給口を、フィルムｆに向け、イオン供給口から供給されるイオンにより、搬送されるフィルムｆを除電する。

正イオン濃度もしくは負イオン濃度は手動で調節してもよいし自動で調節してもよい。
イオナイザ２から供給するイオン濃度を調整は、フィルムｆの帯電量に応じて行う。搬送されるフィルムｆに除電イオンを供給することで、フィルムｆから静電気が除去される。フィルムｆから静電気が除去されることで、後述する磁石３における磁気吸着が阻害されること又は低減されることが避けられる。

また例えば帯電レベルを検知するセンサを移送路内に設け、このセンサからの信号を処理してフィルムｆの帯電レベルを検知回路で判断し、検知回路で判断された帯電レベルに基づいて正負のイオンの供給量を調整してもよい。
このような構成でフィルムｆを除電することでフィルムｆの帯電レベルの調整にかかる手間を省くことができ、利便性の高い選別装置を提供することができる。

フィルムｆに対してイオンをなるべく均一に分散させるには、イオンを含む空気（エア）を所定の風圧で供給するとよい。フィルムｆに変えて、フィルムｆを成形する前の溶融体にイオンを当てる場合は、溶融体が波打たない程度の風圧が好ましい。イオンを含む空気を供給する除電方法は、接地させるタイプの除電と比較して短時間で除電可能であり、歩留まりが向上しコンパクトな装置が可能となる。

磁石３は、フィルムｆのイオナイザ２と同一面側で、イオナイザ２より下流側に設けられる。磁石３は、フィルムｆと接触せずに、一定の距離を離して配置されている。

図２は、本発明の第１実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の磁石近傍を拡大した拡大斜視図である。磁石３は、磁気吸着面３ａをフィルムｆと対向するように配設される。

磁石３は、フィルムｆ上に磁気吸着領域Ｍを形成する。搬送されるフィルムｆが磁気吸着領域Ｍを通過する際に、フィルムｆに付着した磁性異物が磁石３に吸着される。磁石３により磁性異物を吸着することで、搬送されるフィルムｆに付着または混在した磁性異物を吸着する。磁石３により磁性異物を吸着することで、巻き取り部１ｂで巻き取られるフィルムが有する異物数を少なくすることができる。

磁石３は、永久磁石でもよいし電磁石でもよい。電磁石の場合は電力供給が必要であるが、形成する磁場強度を自在に制御することができる。また、永久磁石であれば磁場の形成に電力が不要となり、ランニングコストを抑えることができる。

磁石３の方式や形状などの態様に特に制限はない。
例えば、図２に示すように、磁石３を細長い方形状に形成してもよい。細長い方形状の磁石は、長手方向に略均一な磁場を形成する。フィルムｆと対向する磁気吸着面３ａが長手方向に略均一な磁束密度を発生するためである。

方形状の磁石３を用いる場合は、フィルムｆの搬送方向と略垂直な方向に磁石３の長手方向を合わせて、磁石３を配置する。磁石３の長手方向と、フィルムｆの搬送方向と略垂直な方向とを一致させることで、搬送されるフィルムｆ全面に対して、ムラの少ない磁場を形成できる。

磁石３の磁気吸着面３ａとフィルムｆとの間隔は、適宜調整することができる。一方で、搬送されるフィルムｆに与えられる磁気強度の観点からは、磁石３の磁気吸着面３ａとフィルムｆとの間隔は、なるべく狭い方が好ましい。

例えば、表面磁束密度１００００ガウス（１．０テスラ）の磁石３を、１０ｍｍだけフィルムｆから離間させ、搬送されるフィルムｆに約０．５テスラ（５０００ガウス）の磁場を与えてもよい。また、フィルムｆと磁石３との距離を１０ｍｍとしつつ、より強力な１．５テスラ、２．０テスラ、２．５テスラ、２．７テスラ、３．０テスラの表面磁束密度を有する磁石３を使用して、より強力な磁場を形成できるようにしてもよい。またフィルムｆと磁石３との間隔をより狭くして、フィルムｆ上に形成される磁場をより強くしてもよい。

磁石３は、上記のとおり例えば０．５テスラ以上、好ましくは０．８テスラ、より好ましくは１．０テスラ、更に好ましくは１．５テスラ、より更に好ましくは２．５ないし２．７テスラ以上の磁束密度を有することが好ましい。磁石３が充分な磁束密度を有することで、フィルムｆ上に適切な磁気吸着領域Ｍを形成でき、樹脂異物の除去精度を高めることができる。

次に本発明の作用について説明する。
フィルムｆは、搬送手段１の巻出し部１ａから巻き出され、巻き取り部１ｂで巻き取られることで、一方向に搬送される。

搬送されるフィルムｆの上方には、イオナイザ２が設けられている。イオナイザ２のイオン供給口から供給される正イオンまたは負イオンによってフィルムｆが除電される。

除電されたフィルムｆは、磁石３によって形成された磁気吸着領域Ｍを通過する。フィルムｆが磁気吸着領域Ｍを通過する際に、フィルムｆに付着した磁性異物は、磁石３の磁気吸着面３ａに吸着される。

磁性異物が除去されたフィルムｆは、巻き取り部１ｂで巻き取られ、ロール状のウェブ（製品）となる。

なお、磁気吸着面３ａの磁性異物はユーザが定期的に除去回収することで磁石３を継続使用することができる。

上述のように、本発明の一態様にかかるフィルムの異物除去機構１０を用いることで、フィルムｆに付着している磁性異物を好適に除去することができる。またイオナイザ２により除電するため、静電気力の影響を受けることなくフィルムｆから磁性異物を吸着して除去できる。

磁石３のみを用いた構成では、静電気の力が磁気力を上回っており、磁石３によって除去できる磁性異物には限りがある。特に５０〜６０μｍ以下のサイズの磁性異物を除去することは困難である。
これに対し、本発明の一態様にかかるフィルムの異物除去機構１０により除去可能な磁性異物のサイズは２０μｍ〜数百μｍまで様々であるが、とりわけ２０μｍ〜１００μｍサイズの磁性異物を除去することができ、特に５０μｍ以下のサイズの磁性異物を高い精度で除去できる。

なお、磁性異物がフィルムｆに付着しているか否かは走査型電子顕微鏡などを用いて検査してもよいし、あるいは磁場内を移動する磁性異物による磁場の変動をモニタリングしてもよく、検査手法に特に制限はない。

ここまで、フィルムから磁性異物を除去する場合を例に説明した。フィルムを成形する前の溶融体から磁性異物を除去する場合も、ほとんど同様の過程で磁性異物が除去される。図３は、本発明の第１実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の変形例の概略図である。

溶融体ｆａは形状を維持できないという点が、フィルムｆの場合と異なる。そのため、図１に示すように、単体を中空で搬送することはできない。そのため、溶融体の場合は、回転駆動するコンベア等を搬送手段１として用い、搬送手段１で溶融体ｆａを支持搬送する。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。第２実施形態にかかるフィルムの異物除去機構１１は、除電器２及び磁石３が搬送されるフィルムｆの両面に設けられている点が、第１実施形態にかかるフィルムの異物除去機構１０と異なる。

フィルムｆの両面に除電器２及び磁石３を設けることで、フィルムｆの両面に付着した磁性異物を除去することができる。

フィルムｆを成形する前の溶融体の場合、溶融体が固化していない。そのため、両面から除電及び磁気吸着を行わなくても、除電器２及び磁石３が配設された面と反対側の磁性異物も除去することはできる。一方で、溶融体の場合でも、両面から除電及び磁気吸着することで、磁性異物の除去精度を高めることができる。溶融体を両面から除電及び磁気吸着をする場合は、図３に示す搬送手段１を接地し、搬送手段１の内部に磁石３を設けることで行うことができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施態様にかかるフィルムの異物除去機構の概略図である。第３実施形態にかかるフィルムの異物除去機構１２は、除電器２及び磁石３が搬送されるフィルムｆの搬送方向に複数設けられている点が、第１実施形態にかかるフィルムの異物除去機構１０と異なる。

磁石３を大型化すると磁石の入手が困難となる。これに対し、磁石３を複数配置することで、フィルムの異物除去機構１２の作製が容易になる。

また搬送方向に複数配置された磁石３毎に除電器２を設けることが好ましい。すなわち、除電器２と磁石３は、搬送方向に交互に複数設けることが好ましい。除電器２と磁石２３を搬送方向に交互に複数設けることで、磁性異物の除去精度をより高めることができる。

フィルムｆは、搬送時の大気等との摩擦により帯電しやすい。そのため、上流側の磁石３により形成される磁気吸着領域Ｍを通過後に再度帯電することがある。
フィルムｆが各磁石３により形成される各磁気吸着領域Ｍを通過する前に、除電器２によって予めフィルムｆを除電することで、いずれの磁石３により形成される磁気吸着領域Ｍにおいても静電気の影響が避けられる。

磁石３により形成される磁場は、下流ほど大きいことが好ましい。例えば、最上流側の磁石３の磁束密度が０．５テスラであれば、下流側に行くにつれて、１．０テスラ、１．５テスラと段階的に増やしていくことが好ましい。下流側の磁石３により形成される磁場程大きくすれば、上流側の磁石３で除けなかった磁性異物を下流側で確実に除去することができる。

「フィルム製造装置」
図６は、本発明の一態様にかかるフィルム製造装置の概略図である。
本発明の一態様にかかるフィルム製造装置は、上述の異物除去機構１０を備える。例えば図６に示すフィルム製造装置は、上述の異物除去機構１０と、吐出機構２０と、フィルム成形機構３０と、延伸機構４０と、を備える。

吐出機構２０から吐出されたフィルムを成形する前の溶融体ｆａは、フィルム成形機構３０で所定の厚みのフィルムｆに加工される。加工されたフィルムｆは、延伸機構４０で１軸又は２軸に延伸され、巻き取り部５０で巻き取られ、ロール状のウェブ（製品）となる。

吐出機構２０は、フィルムを成形する前の溶融体を吐出する。吐出機構２０は、スリットダイ等の公知の吐出ダイ等を用いることができる。図６では、吐出機構２０から吐出された溶融体ｆａをドラム２１で受ける構造を図示しているが、フィルム成形機構３０を構成する圧延ロール等に溶融体ｆａを直接吐出してもよい。

フィルム成形機構３０は、公知のものを用いることができる。フィルムを成形する方法は、いわゆる溶融押出成形法を用いることができる。具体的には、Ｔ−ダイ法、インフレーション法、溶液流延法、カレンダー法等を用いることができる。

フィルムを積層構造にする場合は、複数の素材を一度に押し出して重ねる共押出法等を行って作製することができる。またそれぞれ成形したフィルムを熱圧着等によりラミネート加工してもよい。

図６に示すフィルム成形機構３０は、圧延ロールとドラム２１により溶融体ｆａを所定の厚みのフィルムｆに加工する。例えば、溶融体ｆａが露光により架橋する樹脂化合物の場合は、圧延ロール又はドラム２１のいずれかに露光手段を設ける。露光手段で露光することで、溶融体ｆａが架橋しフィルムｆになる。また例えば、溶融体ｆａが結晶性樹脂の場合は、圧延ロール又はドラム２１のいずれかに冷却手段を設ける。冷却手段で冷却することで、溶融体ｆａが結晶化しフィルムｆになる。

延伸機構４０は、公知のものを用いることができる。例えば、図６に示すフィルム製造装置は、縦軸延伸機構４１と、横軸延伸機構４２を有する。縦軸延伸機構４１は、第１ロール４１Ａと第２ロール４２Ｂの回転速度を変化させることで、フィルムｆを搬送方向に延伸する。横軸延伸機構４２は、フィルムｆを搬送する搬送方向に対して垂直なフィルムｆの幅方向にフィルムｆを延伸する。

上述の異物除去機構１０は、吐出機構２０で溶融体ｆａを吐出してから、フィルムｆを巻き取り部５０で巻き取るまでの間のいずれの部分に設けてもよい。いずれの部分に異物除去機構１０を設けても、フィルムｆに付着、混入した磁性異物を除去することができる。

また異物除去機構１０は、吐出機構２０とフィルム成形機構３０の間、または、延伸機構４０の後の、一方または両方に設けられていることが好ましい。

吐出機構２０とフィルム成形機構３０の間において搬送されるものは、フィルムｆに成形される前の溶融体ｆａである。そのため、吐出機構２０とフィルム成形機構３０の間に異物除去機構１０を設けることで、最終的に出来上がるフィルム内に噛みこむ磁性異物を低減することができる。

またフィルムｆは延伸機構４０の後に、巻き取り部５０で巻き取られる。搬送過程でフィルムｆには、異物が付着することがある。そのため、延伸機構４０後に異物除去機構１０で異物を除去することで、最終製品の品質を高めることができる。またロール状のウェブ（製品）に加工する際に、噛みこむ異物を低減することができる。

上述のように、本発明の一態様にかかるフィルム製造装置によれば、磁性異物の少ないフィルムを得ることができる。とりわけ従来除去することが困難だった２０μｍ〜１００μｍサイズの磁性異物を除去することができ、特に５０μｍ前後のサイズの磁性異物を精密に除去できる。

また、リチウムイオンバッテリ用セパレータフィルム（以降、セパレータという）の表面から磁性異物を除去してもよい。
形成されたフィルムが所定の温度条件のもと、幅方向（ＴＤ方向）とこの幅方向と略垂直をなす搬送方向（機械方向またはＭＤ方向）とのうちの少なくともどちらか一方に延伸されてセパレータが作製される。
作製されたセパレータの表面にイオナイザによって除電イオンを供給し、除電されたセパレータは磁気吸着領域を通される。

除電されたセパレータが磁気吸着領域を通過することによって、セパレータ表面から磁性異物を除去することができる。セパレータ表面に磁性異物が付着したまま電池を製造した場合、予期しない不具合や短絡などの危険性を有することが考えられる。本発明をセパレータの製造に適用することにより、このような危険性を低減することができ、安全で信頼性の高い電池の製造が可能となる。

除電エアの供給態様や磁場の付与態様は、図１〜図５での例示内容を適宜適用するとよい。これにより、セパレータ表面から２０μｍ〜１００μｍサイズの磁性異物を除去することができ、特に５０μｍ前後のサイズの磁性異物を除去することが可能となる。

１０，１１，１２，１３…異物除去機構、１…搬送手段、１ａ…巻出し部、１ｂ…巻き取り部、２…イオナイザ（除電器）、３…磁石、３ａ…磁気吸着面、２０…吐出機構、３０…フィルム成形機構、４０…延伸機構、４１…縦軸延伸機構、４１Ａ…第１ロール、４１Ｂ…第２ロール、４２…横軸延伸機構、５０…巻き取り部

Claims (6)

1. フィルム又はフィルムを成形する前の溶融体を搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段により搬送される前記フィルム又は前記溶融体の少なくとも一面に、イオンを供給して前記フィルム又は前記溶融体を除電する除電器と、
   前記除電器より搬送方向の下流側に設けられ、前記フィルム又は前記溶融体に付着した磁性異物を吸着する磁石と、
   を備えるフィルムの異物除去機構。
2. 前記除電器及び前記磁石が、前記フィルム又は前記溶融体の両面に設けられている請求項１に記載のフィルムの異物除去機構。
3. 前記除電器及び前記磁石が、前記搬送方向に交互に複数設けられている請求項１又は２のいずれかに記載のフィルムの異物除去機構。
4. 前記磁石は、前記搬送方向と略垂直をなす幅方向に延在して前記幅方向で略均一な磁場を形成する請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルムの異物除去機構。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルムの異物除去機構を備えるフィルム製造装置。
6. フィルムを成形する前の溶融体を吐出する吐出機構と、
   吐出された前記溶融体を成形するフィルム成形機構と、
   前記フィルム成形機構で成形されたフィルムを延伸する延伸機構と、をさらに備え、
   前記フィルムの異物除去機構が、前記吐出機構と前記フィルム成形機構の間または前記延伸機構の後の、一方または両方に設けられている請求項５に記載のフィルム製造装置。
   

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