JP5131003B2 - 樹脂フィルムの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂フィルムの製造装置に関し、特には、螺旋構造を有する高分子を含む樹脂フィルム母材を延伸させることによって螺旋構造を有する高分子が一方向に配向された樹脂フィルムを製造するための樹脂フィルムの製造装置及び製造方法に関する。

従来、例えば特許文献１などにおいて、種々の樹脂フィルムの延伸装置が提案されている。特許文献１では、オーブン内の側部に設けられたプレナムボックス内において、熱風循環用ファンとエア吹き出しノズルとの間に熱風流速均一化用スクリーンを取り付けることで、フィルムへ吹き出す熱風の、フィルムへの吹き出し速度をフィルムの走行方向において均一化させようとしている。
特開平７−１５７２号公報

ところで、従来、ポリ乳酸などの螺旋構造を有する高分子を含む母材を延伸して配向させることにより、圧電性を有する樹脂フィルムを作製が可能であることが知られている。ここで、高い圧電性を有する樹脂フィルムを得るためには、高分子の配向度を高めることが重要である。

例えば、特許文献１に開示された延伸装置では、熱風流速均一化用スクリーンによって、延伸時においてフィルムに吹き付けられる熱風の吹き出し速度が均一化されているため、この延伸装置を用いてフィルム母材を延伸させることで、延伸直後における配向度を高くすることが可能となる。しかしながら、特許文献１では、延伸後のフィルムの冷却については特に言及されていない。一般的には、延伸後のフィルムは空冷されるが、空冷では、冷却速度が遅くなり、冷却工程において、一方向に配向した高分子が元の配向状態に戻ろうとする。従って、得られるフィルムの配向度が低くなってしまう。また、部分的に結晶化が進み、光の透過率、機械的強度、圧電性にムラが生じることもある。

また、冷風を延伸後の樹脂フィルム母材に吹き付ける方法も考えられる。しかしながら、この方法では、冷却速度が幾分速くなるとはいえ、−２０℃〜−５０℃などの低温に至るには非常に時間がかかる。また、冷却ムラが生じるおそれもある。従って、樹脂フィルム母材を空冷したのでは、やはり、配向度が高い樹脂フィルムを得ることが困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、配向度が高く分子状態が安定した樹脂フィルムを容易に作成可能な樹脂フィルムの製造装置を提供することにある。

本発明に係る樹脂フィルムの製造装置は、加熱槽と、冷却槽と、レールと、延伸ユニットとを備える。加熱槽は、加熱部を有する。加熱槽は、加熱部によって加熱される。冷却槽には、冷却液が溜められている。レールは、加熱槽から冷却槽に至る。延伸ユニットは、レール上に加熱槽と冷却槽との間を移動可能に配置されている。延伸ユニットは、樹脂フィルムを延伸させる。

本発明のある特定の局面において、延伸ユニットは、樹脂フィルムの一方端が固定されるベースホルダと、樹脂フィルムの他方端が固定される移動ホルダと、移動ホルダとベースホルダとを相対変位させる変位部とを有している。その場合、本発明に係る樹脂フィルムの製造装置は、変位部を駆動させる駆動部をさらに備え、駆動部と変位部とは着脱可能に接続されていてもよい。

本発明の他の特定の局面において、延伸ユニットは、レールに対して着脱可能である。

本発明に係る樹脂フィルムの製造方法は、樹脂フィルムの製造方法であって、加熱された樹脂フィルム母材を延伸させる延伸工程と、前記延伸された樹脂フィルム母材全体を冷却液が溜められた冷却槽内に挿入して冷却させることにより樹脂フィルムを得る冷却工程とを備える。樹脂フィルム母材全体とは、延伸された樹脂フィルムの母材全体を冷却液に挿入するもので、連続的に樹脂フィルムの一部を延伸し、一部を冷却するものとは異なる。

本発明によれば、延伸後の樹脂フィルムが冷却液の中に挿入されるため、延伸後の樹脂フィルムを迅速且つムラなく低温に冷却させることができるので、配向度が高く分子状態が安定した樹脂フィルムを得ることができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について、図１に示す製造装置１を例に挙げて説明する。但し、図１に示す製造装置１は、単なる例である。本発明は、製造装置１に何ら限定されない。

（製造装置１の構成）
図１は、製造装置１の正面図である。図２は、正面から視た際の製造装置１の部分断面図である。製造装置１は、樹脂フィルム母材を延伸させて樹脂フィルムを製造するための装置である。製造装置１が延伸対象とする樹脂フィルム母材は特に限定されない。製造装置１が延伸対象とする樹脂フィルム母材は、特に限定されず、例えば、ポリ乳酸などの螺旋構造を有する高分子からなるもののような圧電性を有する樹脂フィルム母材であってもよい。

図１及び図２に示すように、製造装置１は、製造装置本体１０と、開閉可能なカバー１１と、開閉可能な扉１２とを備えている。カバー１１は、図２にも示すように、製造装置本体１０の上に配置されている。扉１２は、製造装置本体１０の正面に開閉可能に取り付けられている。この扉１２を開けることによって、図２に示す制御装置１３の操作が可能となる。

図２に示すように、製造装置本体１０の内部には、加熱槽１４と、冷却槽１５と、制御室１６とが区画形成されている。加熱槽１４は、製造装置本体１０の上部に形成されている。制御室１６は、加熱槽１４の下方に形成されている。冷却槽１５は、加熱槽１４の下方であって、制御室１６の側方に形成されている。なお、加熱槽１４と、冷却槽１５と、制御室１６とは、区画壁１７ａと、開閉可能な蓋１７ｂとによって相互に区画されている。具体的には、制御室１６と、加熱槽１４及び冷却槽１５とは、区画壁１７ａによって相互に区画されている。加熱槽１４と冷却槽１５とは、蓋１７ｂによって区画されている。蓋１７ｂが開けられると、加熱槽１４と冷却槽１５とは相互に連通する。

加熱槽１４には、加熱部としてのヒーター１８と、加熱槽１４内の温度を均一化するためのファン９とが配置されている。ヒーター１８とファン９とは、制御室１６に配置された制御装置１３に接続されている。また、制御装置１３には、加熱槽１４内に配置された図示しない温度検出部が接続されている。制御装置１３は、この温度検出部からの出力に基づいてヒーター１８とファン９とを制御することによって、加熱槽１４内の雰囲気温度を所望の温度に保持する。

なお、ファン９及びヒーター１８の設置個数は特に限定されない。図２に示すように、ファン９及びヒーター１８を各１個配置してもよいし、それぞれ複数配置してもよい。

なお、温度検出部は、得に限定されず、例えば温度計により構成されていてもよい。

加熱槽１４の温度は、延伸させる樹脂フィルム母材の特性などに応じて適宜設定することができる。通常、加熱槽１４の温度は、延伸させる樹脂フィルム母材のガラス転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度に設定される。樹脂フィルム母材がポリ乳酸製の場合は、例えば６０〜１００℃程度に設定される。

製造装置１には、駆動部１９が配置されている。駆動部１９は、制御室１６内に配置された駆動源としてのモーター２０と、動力伝達部としてのギアボックス２１とを備えている。モーター２０は、駆動力を発生させる。ギアボックス２１は、モーター２０に接続されている。ギアボックス２１は、出力軸２２を備えている。ギアボックス２１は、モーター２０からの駆動力を変速して出力軸２２から出力する。

出力軸２２には、延伸ユニット３０が着脱可能に接続される。延伸ユニット３０は、加熱槽１４において、樹脂フィルム母材を延伸させるためのものである。

図３及び図４に示すように、延伸ユニット３０は、ベースホルダ３１と、移動ホルダ３２と、ガイド３３，３４と、ねじ３５と、ジョイント３７と、車輪部３６ａ〜３６ｄとを備えている。なお、本実施形態において、ねじ３５とジョイント３７とは、ベースホルダ３１と移動ホルダ３２とを相対的に変位させる変位部を構成している。

ベースホルダ３１には、図２に示す樹脂フィルム母材２の一方端が固定される。ベースホルダ３１は、ホルダ本体３１ａと、プレート３１ｂと、接合部材としての複数のねじ３１ｃとを備えている。プレート３１ｂは、ホルダ本体３１ａの上面に、複数のねじ３１ｃによって固定される。この複数のねじ３１ｃをゆるめた状態で、樹脂フィルム母材２の一方端を挟み、ねじ３１ｃを締めることによって、ベースホルダ３１に樹脂フィルム母材２の一方端を挟持させることができる。

移動ホルダ３２は、ベースホルダ３１と略並行に配置されている。移動ホルダ３２には、樹脂フィルム母材２の他方端が固定される。移動ホルダ３２は、ホルダ本体３２ａと、プレート３２ｂと、接合部材としての複数のねじ３２ｃとを備えている。プレート３２ｂは、ホルダ本体３２ａの上面に、複数のねじ３２ｃによって固定される。この複数のねじ３２ｃをゆるめた状態で、樹脂フィルム母材２の他方端を挟み、ねじ３２ｃを締めることによって、移動ホルダ３２に樹脂フィルム母材２の他方端を挟持させることができる。

なお、ベースホルダ３１と移動ホルダ３２とは、樹脂フィルム母材２を挟持可能なものであれば特に限定されない。ベースホルダ３１と移動ホルダ３２とは、例えばクランプ機構を有するものや、空圧や油圧を利用した着脱機構を有するものであってもよい。

ベースホルダ３１と移動ホルダ３２との間には、ねじ３５が配置されている。ねじ３５は、ベースホルダ３１及び移動ホルダ３２の延びる方向と直交する方向に延びるように配置されている。すなわち、ねじ３５は、樹脂フィルム母材２の延伸方向に延びるように配置されている。ねじ３５の一方の端部は、ベースホルダ３１に回転可能に設けられたジョイント３７に接続されている。ねじ３５は、このジョイント３７と共に回転する。ジョイント３７は、図２に示す駆動部１９の出力軸２２に対して着脱可能に接続される。

移動ホルダ３２には、ねじ３５のねじ山が螺合する図示しないねじ孔が形成されている。ねじ３５は、このねじ孔に挿入されている。このため、ジョイント３７と共にねじ３５が第１の方向に回転すると、移動ホルダ３２は、ベースホルダ３１から離れる方向に、ガイド３３，３４に沿ってベースホルダ３１に対して相対的に変位する。一方、ジョイント３７と共にねじ３５が第１の方向とは逆の第２の方向に回転すると、移動ホルダ３２は、ベースホルダ３１に近づく方向に、ガイド３３，３４に沿ってベースホルダ３１に対して相対的に変位する。

図３に示すように、ベースホルダ３１と移動ホルダ３２との両端部のそれぞれには、車輪部３６ａ〜３６ｄが取り付けられている。図４に示すように、車輪部３６ａ〜３６ｄのそれぞれは、可動部３８と、複数の車輪３９ａを有する車輪ユニット３９とを備えている。車輪ユニット３９は、可動部３８によってベースホルダ３１または移動ホルダ３２に接続されている。可動部３８は、ホルダ３１，３２に対して回転可能に取り付けられている。

図２に示すように、車輪部３６ａ〜３６ｄは、レール４０に着脱可能に取り付けられている。レール４０は、加熱槽１４から冷却槽１５に至っている。詳細には、レール４０は、後述する冷却液１５ａの内部にまで至っている。延伸ユニット３０は、このレール４０上を加熱槽１４と冷却槽１５との間を変位可能となっている。

冷却槽１５には、冷却液１５ａが満たされている。ここで、冷却液１５ａの種類は特に限定されない。冷却液１５ａの種類は、樹脂フィルムの性質に応じて適宜選択することができる。冷却液１５ａは、例えば水であってもよいし、水に不凍液などを加えたものであってもよい。さらに、冷却液１５ａは、水以外の液体であってもよい。例えば、冷却液１５ａは、オイル、エタノール、イソプロピルアルコールなどであってもよい。

冷却槽１５には、冷却装置４１が配置されている。冷却装置４１は、通常、冷却液１５ａ内に配置されている。この冷却装置４１によって、冷却液１５ａの冷却が行われる。なお、冷却液１５ａの冷却温度は、特に限定されない。冷却液１５ａの冷却温度は、樹脂フィルムの性質などに応じて適宜設定することができる。一般的には、冷却液１５ａの冷却温度は低い方が好ましく、例えば、０〜−２０度程度に設定される。

（樹脂フィルムの製造工程）
以下、主として図２及び図５を参照しながら樹脂フィルムの延伸工程について説明する。

まず、延伸ユニット３０に樹脂フィルム母材２が設置される。具体的には、樹脂フィルム母材２の一方端をベースホルダ３１に挟持させると共に、他方端を移動ホルダ３２に挟持させる。

そして、樹脂フィルム母材２が設置された延伸ユニット３０を加熱槽１４内に配置し、延伸ユニット３０のジョイント３７と、駆動部１９の出力軸２２とを接続させる。

その状態で、ヒーター１８及びファン９を駆動させ、加熱槽１４を樹脂フィルム母材２の延伸に適した温度にまで加温する。例えば、樹脂フィルム母材２がポリ乳酸により形成されている場合は、加熱槽１４を６０〜１８０℃程度に加温する。

加熱槽１４を所定の温度にまで加温した後、延伸工程が行われる。延伸工程では、駆動部１９を駆動させることによって、ベースホルダ３１に対して移動ホルダ３２を相対的に変位させ、樹脂フィルム母材２を延伸させる。ここで、樹脂フィルム母材２の延伸倍率は特に限定されない。樹脂フィルム母材２の延伸倍率は、樹脂フィルム母材２の性質に応じて適宜設定することができる。樹脂フィルム母材２がポリ乳酸製である場合は、延伸倍率は、例えば２〜４倍程度に設定することができる。

延伸工程の完了後、冷却工程が行われる。冷却工程は、延伸工程において、延伸されたフィルム母材毎に行われる。具体的には、延伸工程が完了すると、自動または手動で、蓋１７ｂが開けられると共に、出力軸２２からジョイント３７が切り離される。これによって、図５に示すように、延伸された樹脂フィルム母材２が搭載された延伸ユニット３０が加熱槽１４から冷却槽１５へとレール４０上を移動する。その結果、延伸された樹脂フィルム母材２は延伸ユニット３０と共に冷却液１５ａ内に挿入されることとなる。ここで、冷却液１５ａは、冷却装置４１によって予め所定の温度にまで冷却されている。このため、延伸された樹脂フィルム母材２は、冷却液１５ａ内に挿入されることによって、均一に急冷される。

このように、樹脂フィルム母材２毎に、延伸工程と、冷却工程とを繰り返すことにより、複数の樹脂フィルムを作製することができる。

なお、レール４０は、図２に示すように、途中部において屈曲されているが、車輪部３６ａ〜３６ｄには、回転可能にホルダ３１，３２に取り付けられた可動部３８が設けられているため、延伸ユニット３０は、屈曲したレール４０に沿って変位することができる。

また、延伸ユニット３０の移動は、手動により行ってもよい。また、延伸ユニット３０にモーターなどを配置して、延伸ユニット３０を自走させてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、延伸後の樹脂フィルム母材２は、冷却液１５ａ内に挿入される。このため、例えば樹脂フィルム母材を空冷させるときなどと比較して、急速に冷却させることができる。従って、配向度の高い樹脂フィルムの製造が可能となる。

また、樹脂フィルム母材を空冷させる場合と比較して、樹脂フィルム母材を均一に冷却させることも可能となる。従って、品質上、ムラの少ない樹脂フィルムの製造が可能となる。例えば、樹脂フィルム母材がポリ乳酸を含み、圧電性を有するものである場合、圧電性のムラが少ない樹脂フィルムの製造が可能となる。

ところで、通常、延伸後の樹脂フィルム母材を冷却させる場合、作業者が、樹脂フィルム母材をホルダから外して、またはホルダごと、別の場所に配置された冷却槽まで移動させる必要がある。それに対して、本実施形態によれば、延伸ユニット３０がレール４０上を移動することにより延伸された樹脂フィルム母材２が冷却液１５ａ内に挿入される。従って、作業者にかかる負荷を少なくすることができる。

なお、本実施形態の製造装置１は、樹脂フィルムの大量生産にももちろん用いられるものであるが、少量の樹脂フィルムの製造に特に好適である。

（変形例）
図６及び図７は、本変形例における延伸ユニット３０の平面図である。図６及び図７に示すように、複数のネッキング抑制用の固定具５０を設けてもよい。複数の固定部５０は、ガイド３３，３４のそれぞれにねじ３５の延びる方向に変位可能に設けられている。詳細には、図７に示すように、複数の固定具５０は、移動ホルダ３２の移動に伴って、隣接する固定具５０の間隔が広がるように設けられている。

本変形例の場合、延伸ユニット３０のベースホルダ３１と移動ホルダ３２とに樹脂フィルム母材２を固定すると共に、樹脂フィルム母材２の両側部を複数の固定具５０によって固定する。その後、移動ホルダ３２をベースホルダ３１に対して相対的に変位させる。

例えば、上記実施形態のように、固定具５０を設けていない場合は、図９に示すように、樹脂フィルム母材２を延伸させることによって、延伸方向における略中央部の幅が狭くなる。いわゆるネッキングが発生する。従って、樹脂フィルムの延伸方向の端部と中央部とで配向度にばらつきが生じる。

それに対して、本変形例では、固定具５０が設けられているため、図８に示すように、延伸方向における略中央部の幅が狭くなることが抑制される。すなわち、ネッキングの発生を抑制することができる。その結果、得られる樹脂フィルムの配向度のばらつきを抑制することができる。

なお、固定具５０は、ガイド３３，３４に対して延伸方向に変位可能であってもよい。

製造装置の正面図。 製造装置の部分断面図。 延伸ユニットの平面図。 延伸ユニットの側面図。 延伸ユニットが高温温度槽から冷却槽へと移動する様子を説明するための製造装置の部分断面図。点線で示す延伸ユニットは、高温温度槽から冷却槽への移動途中の状態を示す。実線で示す延伸ユニットは、冷却槽に挿入された状態を示す。 変形例にかかる延伸ユニットの延伸前の状態を表す平面図。 変形例にかかる延伸ユニットの延伸後の状態を表す平面図。 変形例において延伸された母材が固定された延伸ユニットの平面図。 実施形態において延伸された母材が固定された延伸ユニットの平面図。

符号の説明

１…製造装置
９…ファン
１０…製造装置本体
１１…カバー
１２…扉
１３…制御装置
１４…加熱槽
１５…冷却槽
１５ａ…冷却液
１６…制御室
１７ａ…区画壁
１７ｂ…蓋
１８…ヒーター
１９…駆動部
２０…モーター
２１…ギアボックス
２２…出力軸
３０…延伸ユニット
３１…ベースホルダ
３１ａ…ホルダ本体
３１ｂ…プレート
３２…移動ホルダ
３２ａ…ホルダ本体
３２ｂ…プレート
３３，３４…ガイド
３６ａ〜３６ｄ…車輪部
３７…ジョイント
３８…可動部
３９…車輪ユニット
３９ａ…車輪
４０…レール
４１…冷却装置
５０…固定具

Claims (4)

1. 樹脂フィルムの製造装置であって、
   樹脂フィルム母材を延伸可能な温度にまで加熱するための加熱槽と、
   冷却液が溜められた冷却槽と、
   前記加熱槽内から前記冷却槽に至るレールと、
   前記レール上に前記加熱槽と前記冷却槽との間を移動可能に配置され、前記加熱された樹脂フィルム母材を延伸させる延伸ユニットとを備える樹脂フィルムの製造装置。
2. 前記延伸ユニットは、樹脂フィルムの一方端が固定されるベースホルダと、前記樹脂フィルムの他方端が固定される移動ホルダと、前記移動ホルダと前記ベースホルダとを相対 変位させる変位部とを有し、
   前記変位部を駆動させる駆動部をさらに備え、
   前記駆動部と前記変位部とは着脱可能に接続される、請求項１に記載の樹脂フィルムの製造装置。
3. 前記延伸ユニットは、前記レールに対して着脱可能である、請求項１または２に記載の樹脂フィルムの製造装置。
4. 樹脂フィルムの製造方法であって、
   加熱された樹脂フィルム母材を延伸させる延伸工程と、
   前記延伸された樹脂フィルム母材全体を冷却液が溜められた冷却槽内に挿入して冷却させることにより樹脂フィルムを得る冷却工程と
   を備える樹脂フィルムの製造方法。

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