JP2013223947A - フィルムのアニール処理装置およびアニール処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルムの表面矯正を行うアニール処理において、アニール処理前のフィルムの幅方向の歪の発生が均一でなくても、アニール処理後のフィルムの平坦性が一様な良好状態に改善される手段を提供すること。
【解決手段】走行中の巻き取りフィルムを表面接触状態でアニールする加熱ロールを有するアニール処理装置であって、加熱ロールが、加熱ロールの軸に垂直な平面に円周状に設けた埋め込みヒーターを、円筒形の加熱ロールの外表面の内側近傍に複数有し、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムの表面矯正のためのアニール処理に関する。

現在、各種プラスチック等のフィルムを用いる加工が多方面で利用されている。特に、フィルム表面に印刷、塗工を行って大量生産する包装用フィルム、転写リボン用フィルム、表示装置等に用いる反射防止フィルム等は、ロールｔｏロールでの製造に適しており、安価な生産が可能である。ロールｔｏロールでの製造は、ロール巻きされたフィルムを巻き出した部分のフィルム表面に各種処理をした後、連続的に他のロールに巻き取ってロール巻き状態に戻す一連の工程を指す。製造に際して、これらのフィルムの表面が平滑であり、かつ、膜厚ムラや表面のうねり等もない平坦な状態が望ましい。

しかし、クリーン環境で表面付着異物を防止して、表面平滑性の良好な樹脂素材と塗布条件によるフィルム形成加工を行ったとしても、フィルムの形成加工時や表面処理時に発生する歪や反りが表面のうねり等の形で残ることがある。従来より、上記の不具合を解消する手段として、フィルムの表面矯正を行うことが一般的に行われている。
例えば、塗工工程を含むロールｔｏロールでの反射防止フィルムの製造工程では、巻き出し工程、塗工工程、乾燥・硬化工程、巻き取り工程を順次行う際に、被塗工表面が平坦でなければ、良好な塗工品質が得られない。このため、巻き出し工程と塗工工程との間にフィルム矯正工程を実施することにより、塗工前に予めフィルム表面を平坦にしておく。
フィルム矯正工程は、巻き出し装置から搬送されてくるフィルムに加熱するとともに張力をかけて引っ張るか平滑ローラを押し当てるかして歪を除去する、いわゆるアニール処理によって、平坦な表面を作るものが一般的である。
前記フィルム矯正工程を実施して、フィルムの膜厚ムラや平面性を改良した光学フィルムの製造方法が特許文献１に具体的に提案されている。

図２は、従来のアニール処理装置の構成の一例を説明するための主要部の模式図である。アニール処理装置１０は、図示しない巻き取りロールから巻き出したフィルム１を実線矢印方向に送り込み、フィルムの搬送速度と同一の周速度で回転させた加熱ロール２および加熱ロール３の外周面に沿って一定の張力を保持してフィルムを接触させつつ、この順に走行させてアニール処理する。その後、フィルム１を下部の実線矢印方向へ連続的に排出して、図示しない他の巻き取りロールにロール巻きする。加熱ロール２および加熱ロール３は、いずれも内部に加熱機構を有して外周面の温度を高め、外周面に沿うフィルムの接触面から加熱する。
一方、図中、上下２つのブロック矢印で示すように、加熱ロールの外周面に沿うフィルム１の外側表面を加熱ロール外から熱風で加熱することができる。加熱ロールと熱風によるフィルム１への加熱は、それぞれ上下２箇所でフィルムへの加熱面を入れ替えて行うことにより、フィルム両面からの均一な加熱が達成される。

図３は、従来の加熱ロールの加熱機構の一例を説明するための模式図である。
加熱ロール２の円筒形端部の一方に加熱媒体入口２１を有し、これと反対側の円筒形端部に加熱媒体出口２２を有する構造の加熱ロールとする。ブロック矢印の方向に、加熱ロール２の内部に加熱媒体を通過させるとともに、加熱ロール内部の通過経路を工夫して、ロール表面まで熱が伝わり易い経路で加熱媒体を流す。加熱媒体としては、外部で加熱し発生した温水や水蒸気を循環再利用できる。また、ロール全体を均一に加熱できるように、加熱ロール内部には加熱媒体の経路が均等に配置される。

特開２０１０−９９９１１号公報

前述のアニール処理装置において、ロール全体を均一に加熱できる加熱ロールを用いることにより、加熱ロールの外周面に沿って搬送されるフィルムを均一に加熱することができる。一方、アニール処理の対象とするフィルムにおいて、表面のうねり等の形で残るフィルムの歪や反りが必ずしも全面均等にまたはランダムに発生する訳ではない。
図４は、加熱ロール上でアニール処理の対象とするフィルムの歪の一般的な発生状態を示す一例であって、（ａ）は加熱ロールにフィルムを重ねたアニール処理中の状態の模式図であり、（ｂ）はフィルムの幅方向の位置別の歪発生状態の拡大模式図である。フィルムの幅方向の位置別に波打ち状の歪の発生状態が異なる傾向がみられる。すなわち、フィルムの幅方向の両端部Ａ、Ｃは波打ちが大きく、フィルムの幅方向の中央寄り領域であるＢでは波打ちが小さいかまたは殆ど波打ちが無い。

上述の状況にあるフィルム１に対して、従来のように、加熱ロール２の全体を均一に温度制御して使用すると、比較的低温側で制御する場合は、歪の大きい領域、例えば図中のＡ、Ｃでのアニール効果が不充分となり矯正が完了しない。また、比較的高温側で加熱ロール２を制御する場合は、歪の小さい領域、例えば図中のＢでの加熱が過剰になる。すなわち、低温矯正しか必要としない領域Ｂに余分な熱が加わることで、熱シワが発生する等の新たなトラブルを生じる。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、フィルムの表面矯正を行うアニール処理において、アニール処理前のフィルムの幅方向の歪の発生が均一でなくても、アニール処理後のフィルムの平坦性が一様な良好状態に改善される手段を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、走行中の巻き取りフィルムを表面接触状態でアニールする加熱ロールを有するアニール処理装置であって、加熱ロールが、加熱ロールの軸に垂直な平面に円周状に設けた埋め込みヒーターを、円筒形の加熱ロールの外表面の内側近傍に複数有し、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できるようにしたことを特徴とするフィルムのアニール処理装置である。

また、請求項２に記載の発明は、加熱ロールが、温度調節された流体を内部に通過させる配管を設けた加熱ロール全体の均一加熱手段を有することを特徴とする請求項１に記載のフィルムのアニール処理装置である。

また、請求項３に記載の発明は、複数の埋め込みヒーターが、アニール対象の巻き取りフィルムの異なる幅に対応した加熱ロールの軸方向位置に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムのアニール処理装置である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のアニール処理装置を用いるフィルムのアニール処理方法であって、複数の埋め込みヒーターの中から選択されたヒーターを独立に制御して使用することにより、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を高温側に制御することを特徴とするフィルムのアニール処理方法である。

また、請求項５に記載の発明は、加熱ロールのロール周方向の表面温度を均一にして、加熱ロールをアニール対象の巻き取りフィルムの搬送速度と同一の周速度で回転することを特徴とする請求項４に記載のフィルムのアニール処理方法である。

本発明は、走行中の巻き取りフィルムを表面接触状態でアニールする加熱ロールを有するアニール処理装置であって、加熱ロールが、加熱ロールの軸に垂直な平面に円周状に設けた埋め込みヒーターを、円筒形の加熱ロールの外表面の内側近傍に複数有し、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できるようにしたので、フィルムの表面矯正を行うアニール処理において、アニール処理前のフィルムの幅方向の歪の発生が均一でなくても、アニール処理後のフィルムの平坦性が一様な良好状態に改善される手段を提供することができる。

本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の一例を説明するための正面模式図である。 従来のアニール処理装置の構成の一例を説明するための主要部の模式図である。 従来の加熱ロールの加熱機構の一例を説明するための模式図である。 加熱ロール上でアニール処理の対象とするフィルムの歪の一般的な発生状態を示す一例であって、（ａ）は加熱ロールにフィルムを重ねた状態の模式図であり、（ｂ）はフィルムの幅方向の位置別の歪発生状態の拡大模式図である。 本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の一例をその切断面により説明するための断面模式図である。 本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の他の一例を説明するための正面模式図である。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の一例を説明するための正面模式図である。また、図５は、本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の一例をその切断面により説明するための断面模式図である。

本発明は、走行中の巻き取りフィルムを表面接触状態でアニールする加熱ロール２を有するアニール処理装置であって、加熱ロール２が、加熱ロールの軸に垂直な平面に円周状に設けた埋め込みヒーター４０、４１、４２、４５、４６を、円筒形の加熱ロール２の外表面の内側近傍に複数有し、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できるようにした。なお、埋め込みヒーター４０は、埋め込みヒーター全体を指し、他の埋め込みヒーター４１以下は、後述の使用形態別に区別して設けたヒーターを個別に指す。

本発明は、また、加熱ロール２が、加熱媒体として機能する温度調節された流体を内部に通過させる配管２４を設けた加熱ロール全体の均一加熱手段を有することで、アニール処理装置全体としてのアニール処理能力を高めることができる。

加熱ロール２は、図２に示した従来のアニール処理装置１０と同様の配置により、本発明においても複数個の加熱ロールを組み合わせて用いることができる。ロールベース層２３は、加熱ロール２としての機械的強度を保持するための主体となる部分であるとともに、温度調節された流体をロール内部に通過させる配管２４を周囲から支え、埋め込みヒーター４０の下地として支える部分でもあり、通常の加熱ロールに使用される材料を用いることができる。また、図１で一部の被覆部分のみを表した絶縁保護層２５は、配管やヒーターからの発熱を加熱ロール表面に伝達するとともに、加熱ロールの表面層としてフィルム１との均一な接触と剥離性に優れ、化学的に安定で平滑な表面を提供することができる。絶縁保護層２５に用いる材料として、フッ素樹脂が可能である。

埋め込みヒーター４０としては、通常の抵抗発熱体を用いることができ、ワイヤ状の電熱線を埋め込むか、抵抗発熱体をパターン印刷して積層するなどにより、形成できる。また、ヒーターの端子部は、加熱ロール２の端部寄りのフィルム処理部外の表面領域に複数設けて、ヒーター本体部と接続し、それぞれの端子部に接触するように給電ブラシを設けて外部に備えた電源部から給電することができる。埋め込みヒーターは、巻き数を増やして一つの埋め込みヒーターとすることも可能であり、必要とする加熱パワーとヒーター幅に応じて選択できる。

さらに、本発明は、加熱ロール全体の均一加熱手段として温度調節された流体を内部に通過させる配管２４を設けることができる。図１の破線および図５の小円で示すとおり、スパイラル状に多重に配管することにより、加熱ロール内部での熱交換を容易にしてアニール処理能力の底上げを図れる。配管２４は、加熱流体を流すとともにロールベース層２３との熱交換効率の高い加工性に優れた材料が望ましく、セラミックスや金属材料を使用できる。また、ロールベース層２３自身に加工を施して、内部に配管構造を設けても上記と同様の機能を得ることができる。

なお、配管２４に流して加熱媒体として機能させる温度調節された流体としては、加温水や加熱水蒸気を用いることができ、アニール処理装置外に設けた加熱装置で温度調節された状態で、これらの流体を予め準備しておくことが望ましい。また、上記流体以外にも、熱容量が大きく加熱循環使用による変化が少なく、取り扱いに危険を伴わない流体を用いることができる。加熱装置から加熱ロールの配管入口までの別途配管と、加熱ロールの配管出口から加熱装置に戻す別途配管を用意して、使用中は、これらの流体を循環再利用することができる。

次に、埋め込みヒーター４０により加熱ロールの表面温度分布を制御する方法について説明する。
図１において、埋め込みヒーター４１、４２および埋め込みヒーター４５、４６は、加熱ロール２の軸方向の中央より端部に近い領域に配置され、特に、埋め込みヒーター４１、４２に較べて埋め込みヒーター４５、４６は、より端部に近い領域に配置されている。これらの各ヒーターは独立に温度制御できるように、前記給電ブラシから専用の端子部を通して電力供給される。また、必要に応じて表面温度検出に相当する温度センサーを近傍に設けて、表面温度分布を計測することができる。

上記の各埋め込みヒーターを独立に制御することにより、加熱ロール２の軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できる。具体的には、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を高温側に制御することができる。例えば、前述の図４に示したように、フィルムの幅方向の両端部Ａ、Ｃは波打ちが大きく、フィルムの幅方向の中央寄り領域であるＢでは波打ちが小さいかまたは殆ど波打ちが無い場合のように、アニール処理前のフィルムの幅方向の歪の発生が均一でない例に適用する。本発明のアニール処理装置を用いれば、フィルムの幅方向の両端部Ａ、Ｃへのアニール処理の強度をフィルムの幅方向の中央寄り領域であるＢへのアニール処理の強度より大きくすることができる。また、フィルムの幅方向の両端部Ａ、Ｃ内に関しても、よりフィルム幅の端寄りの部分へのアニール処理の強度を大きくすることができる。以上の作用により、アニール処理後のフィルムの平坦性が一様な良好状態に改善される。

図６は、本発明のアニール処理装置に設ける加熱ロールの構成の他の一例を説明するための正面模式図である。本例では、長幅のフィルム１１と短幅のフィルム１２のようにアニール対象の巻き取りフィルムの幅が異なる場合に両者に対応可能な加熱ロール２を示している。本発明において、加熱ロール２の軸方向の中央より端部に近い領域を、アニール対象の巻き取りフィルム１１、１２の幅により変化させて捉えることができ、複数の埋め込みヒーターが、アニール対象の巻き取りフィルムの異なる幅に対応した加熱ロールの軸方向位置に設けられている。

すなわち、長幅のフィルム１１のアニール処理に対応するために、埋め込みヒーター４１、４２と埋め込みヒーター４５、４６が、加熱ロールの最端部寄りの軸方向位置に設けられる。アニール対象の長幅のフィルム１１において、アニール処理前の歪の発生が、１１Ａおよび１１Ｃの幅方向の端寄りで大きく、１１Ｂの幅方向の中央寄りで小さい場合、加熱ロールの最端部寄りの軸方向位置に設けられた埋め込みヒーター４１、４２と埋め込みヒーター４５、４６に独立に給電して作動させる。しかも、埋め込みヒーター４１、４２より埋め込みヒーター４５、４６に大きなパワーを与えることにより、フィルム１１の幅方向のより端寄りで加熱ロールの表面温度を高温側に制御し、アニール処理の効果を大きくする。

また、短幅のフィルム１２のアニール処理に対応するために、埋め込みヒーター４３、４４と埋め込みヒーター４７、４８が、加熱ロールの対応するフィルム幅の範囲内で、端部寄りの軸方向位置に設けられる。アニール対象の短幅のフィルム１２において、アニール処理前の歪の発生が、１２Ａおよび１２Ｃの幅方向の端寄りで大きく、１２Ｂの幅方向の中央寄りで小さい場合、加熱ロールの端部寄りの軸方向位置に設けられた埋め込みヒーター４３、４４と埋め込みヒーター４７、４８に独立に給電して作動させる。しかも、埋め込みヒーター４３、４４より埋め込みヒーター４７、４８に大きなパワーを与えることにより、フィルム１２の幅方向のより端寄りで加熱ロールの表面温度を高温側に制御し、アニール処理の効果を大きくする。

本発明は、さらに、加熱ロールのロール周方向の表面温度を均一にして、加熱ロールをアニール対象の巻き取りフィルムの搬送速度と同一の周速度で回転することができる。アニール対象の巻き取りフィルムの長手方向は、その製造工程から予想されるように、安定生産時には、均一性を保っている。従って、加熱ロールの周方向の位置をフィルムの搬送方向の位置と特別に合わせる必要はなく、その方向に関しては任意の接触位置を保証できるアニール処理が好ましい。そのため、加熱ロールのロール周方向の表面温度はできる限り均一であることが好ましい。前記埋め込みヒーターの円周形状が乱れず、加熱ロールの外表面から埋め込みヒーターまでの距離や絶縁保護層の均一性を良好に保つことによって、加熱ロールのロール周方向の表面温度の均一性が向上する。

また、加熱ロールをアニール対象の巻き取りフィルムの搬送速度と同一の周速度で回転することにより、加熱ロール表面とフィルムの接触面との摩擦が発生せず、擦れに起因するフィルム表面でのキズを防止できるとともに、アニール処理装置のスムーズな運転を保つ上でも好ましい。上記の両速度を一致させることは、アニール処理装置の制御系からの指示により、容易に可能である。

１・・・フィルム
２、３・・・加熱ロール
１０・・・アニール処理装置
１１・・・フィルム（長幅）
１２・・・フィルム（短幅）
２１・・・加熱媒体入口
２２・・・加熱媒体出口
２３・・・ロールベース層
２４・・・配管
２５・・・絶縁保護層
４０・・・埋め込みヒーター
４１、４２・・・埋め込みヒーター（低温側、長幅フィルム用）
４３、４４・・・埋め込みヒーター（低温側、短幅フィルム用）
４５、４６・・・埋め込みヒーター（高温側、長幅フィルム用）
４７、４８・・・埋め込みヒーター（高温側、短幅フィルム用）

Claims (5)

1. 走行中の巻き取りフィルムを表面接触状態でアニールする加熱ロールを有するアニール処理装置であって、
   加熱ロールが、加熱ロールの軸に垂直な平面に円周状に設けた埋め込みヒーターを、円筒形の加熱ロールの外表面の内側近傍に複数有し、
   加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を他の領域とは別に制御できるようにしたことを特徴とするフィルムのアニール処理装置。
2. 加熱ロールが、温度調節された流体を内部に通過させる配管を設けた加熱ロール全体の均一加熱手段を有することを特徴とする請求項１に記載のフィルムのアニール処理装置。
3. 複数の埋め込みヒーターが、アニール対象の巻き取りフィルムの異なる幅に対応した加熱ロールの軸方向位置に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルムのアニール処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のアニール処理装置を用いるフィルムのアニール処理方法であって、複数の埋め込みヒーターの中から選択されたヒーターを独立に制御して使用することにより、加熱ロールの軸方向の中央より端部に近い領域の表面温度分布を高温側に制御することを特徴とするフィルムのアニール処理方法。
5. 加熱ロールのロール周方向の表面温度を均一にして、加熱ロールをアニール対象の巻き取りフィルムの搬送速度と同一の周速度で回転することを特徴とする請求項４に記載のフィルムのアニール処理方法。