JP2009154301A - 溶融樹脂の濾過装置、及び光学フィルムの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】濾過装置内に滞留してゲル化した樹脂が濾過後の溶融樹脂に混入することを抑制し、高品質な光学フィルムを安定的に製造できるようにする。
【解決手段】溶融樹脂の濾過装置４であって、その一方の端面である第１端面に溶融樹脂の入口２４を、他方の端面である第２端面に溶融樹脂の出口２８を有する略円筒状の筐体２１，２６と、筐体２１，２６内に積層して収容された略円板状の複数のフィルタ２２と、フィルタ２２を支持し、入口２４から流入され、該フィルタ２２で濾過された溶融樹脂が流入されるとともに、出口２８に連通された流路を有する支柱２５と、前記第２端面を構成する部材２６に設けられ、フィルタ２２のうちの該第２端面に最も近いフィルタ２２と該第２端面との間に滞留している滞留樹脂を前記筐体２１，２６の外部に排出する滞留樹脂排出流路２９とを備えて構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶融樹脂の濾過装置、及び該濾過装置を用いる光学フィルムの製造方法に関する。

液晶ディスプレイ等の表示装置においては、輝度、視野角、コントラスト等の光学特性を向上するために、各種の光学フィルムが用いられている。このような光学フィルムは、例えば溶融押出法等を用いて製造される。溶融押出法は、押出機が備えるダイスから溶融状態の樹脂を押し出した後、冷却ロールで冷却して長尺状の光学フィルムを製造するものである。ダイスに供給する溶融樹脂には、不溶融の異物、該溶融樹脂の一部が焼けて固化した焼け異物、該溶融樹脂の一部がゲル化したゲル状の異物、その他の異物が残留、生成又は混入することがあり、これらを除去するために、濾過装置が設けられる。

濾過装置としては、下記特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。これらの特許文献にも記載されているように、濾過装置は、一般に、略円筒状の筐体内に複数の円板状のフィルタを積層・収容して構成されている。筐体の一方の端面は閉塞されて溶融樹脂が供給される入口が設けられ、他方の端面は開放されている。筐体の他方の端面には、その中央部に円筒状の支柱が立設された閉塞板が取り付けられている。支柱には、複数のフィルタがスペーサを介して支持され、該支柱内部には各フィルタを通過した溶融樹脂が流入する流路が設けられている。この流路は、該閉塞板に設けられた出口に連通されている。入口から供給された溶融樹脂は、フィルタで濾過されて異物が除去された後、支柱内の流路を流通して出口から排出され、ダイス等へと供給される。

しかしながら、このような濾過装置を備える光学フィルムの製造装置を用いて、光学フィルムを実際に製造したところ、製造した光学フィルムに異物（溶融樹脂中に生じることがある焼けて変質したものやゲル化したもの等）の影響と見られる欠陥が生じた。この欠陥は、時間の経過に伴って増大する傾向にあり、このため、高品質な光学フィルムを安定して製造することができない場合があった。

そこで、本願発明者は、その原因について、種々の実験研究を実施した結果、濾過装置の出口側の閉塞板とこれに最も近いフィルタとの間隙中に樹脂が滞留してゲル化し、そのゲル状の異物の一部が不規則に該フィルタを通過して、次工程に供給される溶融樹脂に混入してしまうために生じることがわかった。

なお、特許文献１及び特許文献２には、上述したような構成の濾過装置において、筐体内又は支柱内に空気が残留した場合に、次工程へ供給する溶融樹脂に該気泡が混入してしまうことを防止するため、滞留した空気を濾過装置外へ排出する構造が提案されているが、このような滞留樹脂に関する対策は開示されていない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、濾過装置内に滞留してゲル化した樹脂が濾過後の溶融樹脂に混入することを抑制し、高品質な光学フィルムを安定的に製造できるようにすることを目的とする。
特開２００２−３０７５２９号公報 特開２００１−７９９２７号公報

本発明の第１の観点によると、溶融樹脂の濾過装置であって、その一方の端面である第１端面に溶融樹脂の入口を、他方の端面である第２端面に溶融樹脂の出口を有する略円筒状の筐体と、前記筐体内に積層して収容された略円板状の複数のフィルタと、前記フィルタを支持し、前記入口から流入され該フィルタで濾過された溶融樹脂が流入されるとともに、前記出口に連通された流路を有する支柱と、前記第２端面を構成する部材に設けられ、前記フィルタのうちの該第２端面に最も近いフィルタと該第２端面との間に滞留している滞留樹脂を前記筐体の外部に排出する排出流路とを備えた溶融樹脂の濾過装置が提供される。

この濾過装置において、前記第２端面を構成する部材の内面に設けられ、前記滞留樹脂を前記排出流路に導く溝を備えることができる。この溝としては、前記出口を中心として配置された少なくとも一本の環状溝を採用することができる。また、この濾過装置において、前記排出流路に、圧力調整弁を設けることができる。前記第２端面を構成する部材とこれに最も近い前記フィルタとの間に、複数の放射状に配置された腕を有するスペーサを介装することができる。さらに、この濾過装置において、前記排出流路に、所定の設定圧力以上になった場合に、前記排出流路から前記滞留樹脂を排出する圧力調整弁を設けることができる。

本発明の第２の観点によると、上述の第１の観点に係る濾過装置を用いて溶融樹脂を濾過する濾過工程と、前記濾過工程で濾過された溶融樹脂を用いて光学フィルムを成形するフィルム成形工程とを含む光学フィルムの製造方法が提供される。

本発明では、前記フィルタのうちの該第２端面に最も近いフィルタと該第２端面との間に滞留している滞留樹脂は、前記第２端面を構成する部材に設けられた排出流路を介して前記筐体の外部に排出されるため、かかる滞留樹脂がゲル化してその一部がフィルタを通過して、次工程へ供給する溶融樹脂に混入することが少なくなる。従って、この濾過装置を用いて光学フィルムを製造することにより、高品質な光学フィルムを安定的に製造することができる。

本発明によれば、濾過装置内に滞留してゲル化した樹脂が濾過後の溶融樹脂に混入することが抑制され、高品質な光学フィルムの安定的な製造が可能になるという効果がある。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５を参照して詳細に説明する。

（１）光学フィルムの製造装置及び製造工程
図１は本発明の実施形態に係る濾過装置を備える光学フィルムの製造装置の概略構成の一例を示す図である。乾燥された非晶性の熱可塑性樹脂のペレットがホッパ１に供給され、押出機２により加熱され、溶融混練される。溶融した熱可塑性樹脂は、ギヤポンプ３により定量供給され、本発明が適用された濾過装置（ポリマーフィルタ）４により濾過されて不溶融の異物等が除去され、ダイス５からフィルム状に押し出される。

ダイス５は、リップ部を炭化タングステン等の硬質の材料で構成し、クロムメッキ等を施して平滑に仕上げ、光学フィルムにダイラインが発生することを防止することが好ましい。ダイス５の形状に特に制限はなく、ストレートマニホールド形、フィッシュテール形、コートハンガー形等を例示することができる。これらの中で、コートハンガー形のダイスは、膜厚むらの少ない光学フィルムを製膜することができるので、好適に用いることができる。

ダイス５からフィルム状に押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂は、第１冷却ロール６、第２冷却ロール７、及び第３冷却ロール８で順次冷却される。また、ダイス５の開口部の近傍には、静電ピニング装置９が設けられており、ダイス５から押し出されたフィルムの両端に静電気を印加して、フィルムの両端を第１冷却ロール６に静電吸着させるようになっている。

第１冷却ロール６、第２冷却ロール７及び第３冷却ロール８の引取速度は、均一な膜厚を得るため、製膜される光学フィルムの熱収縮等に応じて適宜選択される。第１冷却ロール６、第２冷却ロール７及び第３冷却ロール８において冷却された光学フィルムは、テンションロール１０、駆動ロール１１等を経由し、必要に応じて幅方向の両端部を裁断（トリミング）した後、巻取ロール１２に巻き取られる。なお、製造される光学フィルムの厚さは、１０〜５００μｍ程度である。

フィルムの成形に用いる非晶性の熱可塑性樹脂としては、例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、脂環式オレフィン樹脂、セルロース系樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を用いることができる。これらの中で、脂環式オレフィン樹脂を好適に用いることができる。脂環式オレフィン樹脂は、流動性が良好なので、膜厚むらの小さい厚さ精度の良好なフィルムを製膜することができ、吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れたフィルムを得ることができる。

脂環式オレフィン樹脂は、主鎖及び／または側鎖に脂環構造を有する非晶性の樹脂である。脂環式オレフィン樹脂中の脂環構造としては、飽和脂環炭化水素（シクロアルカン）構造、不飽和脂環炭化水素（シクロアルケン）構造などが挙げられるが、機械強度、耐熱性などの観点から、シクロアルカン構造が好ましい。脂環式オレフィン樹脂としては、ノルボルネン樹脂、単環の環状オレフィン樹脂、環状共役ジエン樹脂、ビニル脂環式炭化水素樹脂、及び、これらの水素化物等を挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン樹脂は、透明性と成形性が良好なため、好適に用いることができる。

ノルボルネン樹脂としては、例えば、ノルボルネン構造を有する単量体の開環重合体若しくはノルボルネン構造を有する単量体と他の単量体との開環共重合体、又はそれらの水素化物；ノルボルネン構造を有する単量体の付加重合体若しくはノルボルネン構造を有する単量体と他の単量体との付加共重合体、又はそれらの水素化物等を挙げることができる。

なお、光学フィルムを巻き取ったフィルムロールは、光学フィルムを１軸延伸、２軸延伸、又は斜め延伸等する延伸装置、他の光学フィルムと積層する積層装置、その他の加工装置によって加工することにより、液晶表示装置等の表示装置に用いられる光学部品、例えば、偏光板保護フィルム、位相差フィルム、輝度向上フィルム、透明導電フィルム等に加工される。

図１に示した光学フィルムの製造装置は、単層の光学フィルムを製造するものであるが、２層以上の多層の光学フィルムを製造するものであってもよい。多層の光学フィルムの製造装置としては、例えば、ホッパ１、押出機２、ギアポンプ３、及び濾過装置４を含む溶融樹脂供給系を複数設け、ダイス５として、これらの複数の溶融樹脂供給系からの溶融樹脂を合流させる多層ダイスを用いて共押出するものを用いることができる。

（２）濾過装置
図２は、本発明の実施形態に係る溶融樹脂（溶融ポリマー）の濾過装置の概略構成を示す縦断面図である。この濾過装置４は、筐体の上部を構成するケース２１の内部に複数のフィルタ２２をスペーサ２３を介して積層配置して構成されている。ケース２１は、その一方の端面（同図では上面）が閉塞され、他方の端面（同図では下面）が開放された略円筒形状に構成されている。濾過装置４は、図２では、ケース２１の円筒形状の中心軸が上下に配置されて描かれているが、光学フィルムの製造装置中に設置される際には、同図に描かれたように設置しても、該中心軸が水平となるように設置しても、同図で天地が逆転されるように設置しても、いずれでもよい。この実施形態では、該中心軸が水平となるように設置されているものとする。

ケース２１の閉塞された一方の端面には、その中央部に溶融樹脂の入口２４が設けられており、この入口２４にギアポンプ３からの管路が接続されている。ケース２１の開放された他方の端面は、その中央部に略円筒形状の支柱２５が一体的に立設された閉塞板２６が取り付けられることにより、気密的に閉塞されている。ケース２１と閉塞板２６とにより筐体が構成される。フィルタ２２及びスペーサ２３は、その中央部に貫通穴を有するフィルタ取付部材を備えており、該フィルタ取付部材の貫通穴に支柱２５を挿入して、交互に積層することにより、閉塞板２６に取り付けられている。支柱２５の先端には、入口２４からの溶融樹脂を各フィルタ２２の外周部分に誘導するための略円錐形状の誘導板２７が取り付けられている。この誘導板２７は、支柱２５に支持されたフィルタ２２及びスペーサ２３の固定も兼ねている。

フィルタ２２は、図示は省略するが、概略円板状のディスクフィルタであり、溶融樹脂内の異物を濾過するための濾材をその外郭として備えている。濾材は、金属粉末焼結体、金属繊維の不織布状焼結体、若しくはセラミック粉末体等、又はこれらの組み合わせから構成される。濾材の内側には、フィルタの二次側の樹脂流路が形成されており、この樹脂流路には、金属メッシュ等からなる支持体が組み込まれている。濾材は支持体を介して、その中央部に位置する環状の上述のフィルタ取付部材の外周に取り付けられている。このフィルタ取付部材は、その外周面から内周面に至る樹脂流通穴を有しており、この樹脂流通穴の上流側は、濾材内の樹脂流路に連通され、下流側は、支柱に形成された樹脂流路にに連通されている。濾材の目開きは、例えば、１〜５０μｍ程度である。ここでは、１０μｍ又は３μｍとする。

円筒形状の支柱２５の誘導板２７が取り付けられる側の端面は閉塞されており、出口２８側の端面は開放されている。支柱２５の側壁には、フィルタ取付部材に連通する貫通孔が形成されており、フィルタ２２で濾過された溶融樹脂はこの貫通孔を介して支柱２５内の樹脂流路に流入し、該樹脂流路を流通して、閉塞板２６の中央部に設けられた出口２８から排出される。

スペーサ２３は、図３に示されているように、中央部の環状のスペーサ取付部材２３ａの周囲に放射状に複数の支持腕２３ｂを備えて構成されている。このスペーサ２３は、各フィルタ２２の形状を一定に保つとともに、フィルタ２２間（又はフィルタ２２と閉塞板２６間）の間隔を一定に保つためのものである。支持腕２３ｂの数は、ここでは８本としたが、これより少なくても、多くてもよい。

なお、フィルタ２２の直径は、例えば、約１００ｍｍ（４インチ）〜約３０５ｍｍ（１２インチ）、厚さは１０ｍｍ程度である。スペーサの厚さは５〜１０ｍｍ程度である。フィルタの枚数は、２０〜１５０枚程度である。ここでは、５０枚とする。

入口２４からケース２１内に流入した溶融樹脂は、図２中に矢印で示すように、誘導板２７に誘導されて、各フィルタ２２の側部を流れ、各フィルタ２２間に流入し、フィルタ２２の濾材で濾過され、フィルタ２２内部の樹脂流路を介して、支柱２５内の樹脂流路に流入し、閉塞板２６の出口２８から排出される。この溶融樹脂の出口２８から排出された濾過後の溶融樹脂は、該出口２８に接続された管路を介して、ダイス５に供給される。なお、濾過装置４は、図示は省略しているが、ケース２１内を流通される溶融樹脂に温度むらを生じることなく、なるべく一定の温度となるように、ケース２１等の全体を覆うように設けられた加熱装置（ヒータ）を備えている。

このような構造の濾過装置４では、閉塞板２６の内面とこれに最も近いフィルタ（以下、便宜的に、最下層フィルタということがある）２２との間隙に、溶融樹脂が滞留して、ゲル化し、その一部が不定期にフィルタ２２を通過して、製造された光学フィルムの品質を低下させてしまうことがあるのは、上述した通りである。

この対策として、閉塞板２６の内面と最下層フィルタ２２との間に滞留した滞留樹脂を濾過装置４の外部に排出するための滞留樹脂排出流路（貫通穴）２９が設けられている。滞留樹脂排出流路２９の直径は、３〜２０ｍｍ程度に設定することができる。この実施形態では、その直径は、６ｍｍに設定している。この滞留樹脂排出流路２９の出口には、圧力調整弁３０が取り付けられている。この圧力調整弁３０の設定圧力は、入口２４から供給される溶融樹脂の圧力及び出口２８から排出される溶融樹脂の圧力との関係で適宜に設定される。例えば、入口２４から供給される溶融樹脂の圧力を５〜２０ＭＰａ程度、出口２８から排出される溶融樹脂の圧力を２〜１５ＭＰａ程度とした場合に、圧力調整弁３０の設定圧は１〜１８ＭＰａ程度とすることができる。

但し、このような圧力調整弁３０に代えて、手動又は自動で開閉制御が可能な開閉弁を設け、一定時間毎に定期的に、あるいは不定期的に（例えば、製造された光学フィルムの検査結果に従って欠陥が多くなってきた場合に）、開閉弁を開放して、滞留樹脂を排出するようにしてもよい。なお、滞留樹脂排出流路２９は、ここでは、１個としたが、２個以上設けてもよい。この場合にも各滞留樹脂排出流路２９の出口に圧力調整弁又は開閉弁を設ける。

ところで、閉塞板２６と最下層フィルタ２２との間にもスペーサ２３が設けられているが、スペーサ２３は放射状に配置された複数の支持腕２３ｂを有しており、これらの支持腕２３ｂが滞留樹脂排出流路２９を介しての排出の妨げとなる可能性がある。この対策として、本実施形態では、図４に示すように、閉塞板２６の内面に、滞留樹脂排出流路２９に接続された環状溝３１を設けている。この環状溝３１の深さ及び幅は、例えば、それぞれ２〜３ｍｍ程度とすることができる。滞留樹脂排出流路２９に追加して、例えば、同図に示すように、他の滞留樹脂排出流路３２を設ける場合には、この環状溝３１に接続されるように設ける。さらに滞留樹脂排出流路を追加して設ける場合も同様である。

また、図５に示すように、環状溝３１に加えて、これと略同心円状に（同図では内側に）環状溝３３を設け、追加の滞留樹脂排出流路３２に接続するようにしてもよい。これらの溝３１，３３に加えて、さらに環状溝を設けてもよい。これらの環状溝間を接続する溝を設けてもよい。溝３１，３３は、ここでは環状としたが、これに限られず、他の形状であってもよい。溝３１，３３の断面形状は、円弧状であっても、Ｖ字状であっても、凹状であってもよい。

上述した実施形態によると、閉塞板２６と最下層フィルタ２２との間の滞留樹脂を常時適宜な量で、又は定期的若しくは不定期的に排出することができるので、この間隙における樹脂の滞留が抑制され、樹脂の滞留によってゲル化した異物が混入することが少なくなり、光学欠陥の少ない高品質な光学フィルムを安定して製造することが可能になる。特に、入口２４から供給される溶融樹脂の供給圧を大きくできない場合には、閉塞板２６と最下層フィルタ２２との間における溶融樹脂の滞留が多くなり、ゲル化が促進され、欠陥の発生頻度が多くなることになるが、このような場合に特に効果がある。例えば、樹脂供給系を２系統有する光学フィルムの製造装置を用いて多層フィルムを共押出成形する場合には、一方の樹脂供給系の供給圧力との関係で、他方の樹脂供給系の供給圧力を高くすることができない場合があるが、このような場合に特に好適に用いることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。図１に示されるような製造装置を用いて光学フィルムを製造した。具体的には、押出機２としてスクリュー径φ９０ｍｍのものを用い、ヘッド温度２７０℃、押出量３００ｋｇ／ｈに設定して溶融樹脂を押し出した。ダイス５として、単層ダイ、スリット幅０．８ｍｍ×１８５０ｍｍのものを用い、ダイスの設定温度を２７０℃とした。濾過装置４として、図２及び３に示されるようなものを用い、フィルタとして目開き１０μｍ又は３μｍ、直径１２インチ（約３０５ｍｍ）、枚数５０枚のものを用い、フィルタの設定温度を２７０℃とした。巻取ロール１３の引取速度は２８ｍ／ｍｉｎとして、膜厚１００μｍの光学フィルムを製造した。

樹脂材料としては、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）（住友化学株式会社製、商品名：スミペックスＨＴ５５Ｘ）、スチレン樹脂（ＰＳ）（ノヴァケミカルジャパン株式会社製、商品名：ダイラークＤ３３２）、ノルボルネン樹脂（ＮＢ）（日本ゼオン株式会社製、商品名：ＺＥＯＮＯＲ１４３０）の３種類を用いた。

押出開始後８時間を経過した時点で、インライン欠陥検査装置を用いて、製造された光学フィルム（１８００ｍｍ×１０００ｍｍ）に含まれる欠陥数（０．１ｍｍ^２以上）を、圧力調整弁付き滞留樹脂排出流路有りの場合と、滞留樹脂排出流路無しの場合とで、それぞれ計数した。その結果を表１に示す。

同表から明らかなように、圧力調整弁付き滞留樹脂排出流路有りの場合は、滞留樹脂排出流路無しの場合と比較して、目開き３μｍ、１０μｍのいずれにおいても、また、前記３種類のいずれの樹脂を用いた場合においても、欠陥数が極めて少ないことがわかる。

なお、以上説明した実施形態及び実施例は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上述した実施形態又は実施例に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本発明の実施形態の光学フィルムの製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態の濾過装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態のスペーサの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態の濾過装置の閉塞板の滞留樹脂排出流路及び溝の構成例を示す平面図である。 本発明の実施形態の濾過装置の閉塞板の滞留樹脂排出流路及び溝の他の形成例を示す平面図である。

符号の説明

１…ホッパ、
２…押出機、
３…ギアポンプ、
４…濾過装置、
５…ダイス、
６，７，８…冷却ロール、
９…静電ピニング装置
１０…テンションロール、
１１…駆動ロール、
１２…巻取ロール、
２１…ケース、
２２…フィルタ、
２３…スペーサ、
２４…溶融樹脂の入口、
２５…支柱、
２６…閉塞板、
２７…誘導板、
２８…溶融樹脂（濾過後）の出口、
２９，３２…滞留樹脂排出流路、
３０…圧力調整弁、
３１，３３…環状溝。

Claims (6)

1. 溶融樹脂の濾過装置であって、
   その一方の端面である第１端面に溶融樹脂の入口を、他方の端面である第２端面に溶融樹脂の出口を有する略円筒状の筐体と、
   前記筐体内に積層して収容された略円板状の複数のフィルタと、
   前記フィルタを支持し、前記入口から流入され該フィルタで濾過された溶融樹脂が流入されるとともに、前記出口に連通された流路を有する支柱と、
   前記第２端面を構成する部材に設けられ、前記フィルタのうちの該第２端面に最も近いフィルタと該第２端面との間に滞留している滞留樹脂を前記筐体の外部に排出する排出流路と
   を備えたことを特徴とする溶融樹脂の濾過装置。
2. 前記第２端面を構成する部材の内面に設けられ、前記滞留樹脂を前記排出流路に導く溝を備えたことを特徴とする請求項１に記載の溶融樹脂の濾過装置。
3. 前記溝は、少なくとも一本の環状溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融樹脂の濾過装置。
4. 前記第２端面を構成する部材とこれに最も近い前記フィルタとの間に、複数の放射状に配置された腕を有するスペーサを介装したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融樹脂の濾過装置。
5. 前記排出流路に、所定の設定圧力以上になった場合に、前記排出流路から前記滞留樹脂を排出する圧力調整弁を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶融樹脂の濾過装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の溶融樹脂の濾過装置を用いて溶融樹脂を濾過する濾過工程と、
   前記濾過工程で濾過された溶融樹脂を用いて光学フィルムを成形するフィルム成形工程とを含むことを特徴とする光学フィルムの製造方法。

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