JP4077010B2 - 偏光膜連続製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏光フィルム等に用いられるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系フィルムを回転するローラの間に入れ、加熱しながら一定方向に一軸延伸して、ＰＶＡ系フィルムの高分子を配向させることにより偏光膜を連続的に製造する偏光膜連続製造装置に関する。

液晶表示装置の普及に伴い需要が急増している偏光板は、一般的に偏光素子（ヨウ素や二色性染料）が入った偏光基材（例えばＰＶＡなど）と、偏光基材を保護する保護フィルムから構成されている。
従来、ポリビニルアルコール系偏光フィルムの製造法としては、未配向のポリビニルアルコールフィルムにヨウ素や染料を吸着させた後に数倍に延伸して作る方法（例えば、特許文献１参照。）と、あらかじめ延伸配向を施したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素や染料を吸着させる方法（例えば、特許文献２参照。）がある。
また、ポリビニルアルコールフィルムの配向方法には湿潤法による延伸（例えば、特許文献１参照。）と、乾式法による延伸（例えば、特許文献３参照。）がある。

ポリビニルアルコール系フィルムのようなプラスチックフィルムの性質である柔軟性を利用して該プラスチックフィルムを一方向に引張ると、プラスチックフィルムを構成する分子が引張り方向に並ぶようになり、引張り方向に強度が大きくなる。それに対して、横方向の強度は低下する。この傾向は、速く引張ることによって顕著に発生する。 故に、縦、横ともに強度を落とさないようにしかも分子を一定方向に並べることができれば、品質のよい偏光フィルムを得ることができる。
特開昭６３−３１１２０３号公報 特開平０１−２３７６０１号公報 特開昭６３−２６１２０１号公報

本発明は、ポリビニルアルコール系フィルム等（本明細書において、「プラスチックフィルム原反」ということもある。）の延伸を、プラスチックフィルム原反の移動速度の小さい段階で延伸する第１段延伸と移動速度の大きい段階で延伸する第２段延伸とを連続した作業工程の中で行えるように構成することにより、縦、横ともに強度を落とすことなく、均一な性質を持つ偏光膜を連続して製造する装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明者は、種々の実験を重ねた結果、延伸工程におけるプラスチックフィルム原反の移動速度が、初速は小さく、終速を初速に比較して大きくする必要があること、また、初速は１．５〜５ｃｍ／分、好ましくは２〜４ｃｍ／分の範囲が、さらに、終速は６〜２０ｃｍ／分、好ましくは８〜１６ｃｍ／分の範囲が適切であるという知見を得、これを連続式で行うことについて鋭意研究を重ねた結果、本発明を創作するに至ったものである。
本発明の偏光膜連続製造装置は、プラスチックフィルム原反を巻出しロールから巻取りロールに連続的に供給する過程において同一径の複数の駆動ロールにより一定方向に一軸延伸させて偏光膜を製造する装置において、プラスチックフィルム原反の移動速度の小さい状態で延伸する第１段延伸部の下流側に移動速度の大きい状態で延伸する第２段延伸部を設けたことを特徴としている。
また、本発明の偏光膜連続製造装置は、プラスチックフィルム原反の移動速度が、第１段延伸部においては２〜４ｃｍ／分、第２段延伸部においては８〜１６ｃｍ／分であることを特徴としている。
また、本発明の偏光膜連続製造装置は、第１段延伸部において、入口の駆動ロールの回転数を１としたとき出口の駆動ロールの回転数が約１．２５倍であり、第２段延伸部において、第１段延伸部の入口の駆動ロールの回転数を１としたとき出口の駆動ロールの回転数が約５倍であることを特徴としている。
また、本発明の偏光膜連続製造装置は、第１段延伸部と第２段延伸部との間に軟化処理部を設け、第２段延伸部には吸着処理槽に続いて定着槽を設け、また、第２段延伸部に続いて乾燥処理部を設けることを特徴としている。
また、本発明の偏光膜連続製造装置は、第１段延伸部の駆動ロールを第１モータにより駆動し、また、第２段延伸部の駆動ロール及び乾燥処理部の下流側の駆動ロールを第２モータにより駆動するように動力伝達機構を設け、各駆動ロールにはそれぞれ減速機を設け、各駆動ロールの回転数を制御装置で制御するようにしたことを特徴としている。
また、本発明の偏光膜連続製造装置は、駆動ロール上方に、プラスチックフィルム原反を駆動ロールに押し付けかつプラスチックフィルム原反と駆動ロールとのスリップを防止するため表面にゴムが装着されたニップロールを設け、該ニップロールを流体シリンダにより上下に移動可能とすることを特徴としている。

本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）移動速度の小さい状態で延伸する第１段延伸部の下流側に移動速度の大きい状態で延伸する第２段延伸部を設けることにより、縦、横ともに強度を落とすことなく、かつ、分子が一定方向に並んだ均一な性質を持つ偏光膜を連続して製造することができる。
（２）第１段延伸部と第２段延伸部との間に軟化処理部を設け、第２段延伸部には吸着処理槽に続いて定着槽を設け、また、第２段延伸部に続いて乾燥処理部を設けることにより、延伸を効率よく行うことができる。
（３）各駆動ロールにはそれぞれ減速機を設け、各駆動ロールの回転数を制御装置で制御することにより、プラスチックフィルム原反に無理な力を及ぼすことなく、延伸させることができる。
（４）ニップロールを流体シリンダにより上下に移動可能とすることにより、プラスチックフィルムの装着を簡単に行うことができ、作業人員も少なくできる。

本発明に係る偏光膜連続製造装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る偏光膜連続製造装置の全体を説明するための概略側面図、図２は、本発明の実施の形態に係る偏光膜連続製造装置の駆動系統を説明するための概略側面図、図３は、図２の要部を上方から見た平面図、図４は、駆動ロール及びニップロールを正面から見た正面図である。

図１において、プラスチックフィルム原反１００は、図の左側の巻出しロール１から供給されて図の右側にいくにつれ処理され、延伸された偏光フィルムとなって図の右側の巻取りロール５６で巻取られるものであって、原反１００の材料としては、代表的にはポリビニルアルコール系フィルムが用いられる。

巻出しロール１から供給されたプラスチックフィルム原反１００は、下流側に向かって順次、第１段延伸部１１０、軟化処理部１２０、第２段延伸部１３０、乾燥処理部１４０を通過する間に処理され、巻取りロール５６に巻取られる。

巻出しロール１には別の場所でプラスチックフィルム原反１００が巻付けられ、その状態で移送されてきて所定の個所に装着されるものであり、プラスチックフィルム原反１００がすべて巻出された後は、脱着される。巻出しロール１は、フリーロールであると過剰巻出しになることから、ブレーキが取付けられ、一定のブレーキ力を付与され、過剰巻出しが防止されている。巻出しロール１の材質としては、防錆上、例えばステンレス製が好ましい。また、ブレーキ付与手段としては、巻出しロール１を支持する軸に摩擦部材を押圧する形式など、公知の手段が用いられる。

図１において、黒く塗りつぶされたロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９及び５３は、モータから駆動力が伝達される駆動ロールであって、これらはすべて同一の径を有し、プラスチックフィルム原反１００の幅より大きい長さを有している。 これらの駆動ロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９及び５３は、防錆上及びプラスチックフィルム原反１００との密着性を得るためにその材質はステンレスであってロール表面に研磨加工が施されている。また、駆動ロールは、プラスチックフィルム原反１００の蛇行を防止するために、ロールの平行度には精密な加工精度が要求される。

また、駆動ロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９及び５３の上方には、図１及び図４に示すように、駆動ロールと同一径のニップロール６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７及び６８が配置されている。ニップロール６０〜６８も駆動ロールと同様の理由によりロールの平行度が要求されるものである。また、その表面には、プラスチックフィルム原反１００を駆動ロールに押し付けかつプラスチックフィルム原反１００と駆動ロールとのスリップを防止するため適度な硬さ及び相当程度の厚さを持ったゴムが装着されている。
これらニップロール６０〜６８は、プラスチックフィルム原反１００の最初の装着時に駆動ロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９及び５３との間に相応の隙間を確保する必要から、その両端の軸受７０、７０と共に上方に持上げられなければならないこと、また、プラスチックフィルム原反１００の圧着の際には、駆動ロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９及び５３に均一に圧力を加えなければならないことから、両端の軸受７０、７０にそれぞれシリンダ７１、７１を取付け、空気圧又は油圧を使用して上下に移動できるようにされている。

第１段延伸部１１０には、駆動ロール３、７、１１、ニップロール６０、６１、６２が配置されており、駆動ロール３と７との間に第１水槽７２が、駆動ロール７と１１との間に第２水槽７３が設けられている。第１水槽７２及び第２水槽７３は、プラスチックフィルム原反１００の製造の際、巻取り時の粘着防止と巻戻し時の剥離を容易にするため剥離加工がしてあり、その際に用いられた剥離剤を除去するためのものであり、それぞれの水槽内にはプラスチックフィルム原反１００を蛇行させながら移動させるために、図１に示すような位置にガイドロール４〜６、８〜１０がそれぞれ配置されている。ガイドロール４〜６、８〜１０は、手動式で上下動ができるようになっており、フィルム装着時には持ち上げ、フィルム装着後には液中に沈下させる。ガイドロール４〜６、８〜１０でプラスチックフィルム原反１００を蛇行させることにより、プラスチックフィルム原反１００を液中に相当時間沈下させることができる。第１水槽７２及び第２水槽７３内の液体は、適宜、新しい液体と交換する方式、あるいは、循環濾過方式により清浄な状態に維持される。

第１段延伸部１１０におけるプラスチックフィルム原反１００の速度は、液中で１．５〜５ｃｍ／分になるように設定される。また、好ましくは２〜４ｃｍ／分である。
その際、駆動ロールの回転数は、第１駆動ロール３の回転数を１としたとき第３駆動ロール１１の回転数は約１．２５倍（約１．２５倍とは、本明細書においては、１．２〜１．３倍を意味する。）に設定され、第２駆動ロール７の回転数は両駆動ロール３、１１の中間程度に設定する。これは、プラスチックフィルム原反１００に無理な力を加えないためである。
このように、第１駆動ロール３から第２駆動ロール７及び第３駆動ロール１１までに水洗を行いながら約１．２５倍までプラスチックフィルム原反１００の速度を上昇させる。その際、プラスチックフィルム原反１００がスリップすると延伸効果が得られなくなるため、上記したニップロール６０〜６２を駆動ロール３、７、１１に対してそれぞれ一定圧で押し付ける。
第１駆動ロール３から第２駆動ロール７及び第３駆動ロール１１の回転数を変えることにより、プラスチックフィルム原反１００に付着している不純物の除去が容易に行える。

軟化処理部１２０には、温水槽７４が設けられており、該温水槽７４の下方に設けられたガイドロール１２によりプラスチックフィルム原反１００が該温水槽７４内を蛇行して通過するようになっている。プラスチックフィルム原反１００は温水槽７４内を通過することにより、軟化され以後の延伸加工がスムースに行われる。温水槽７４内の水温は約６０℃以下に設定される。ガイドロール１２は、手動式で上下動ができるようになっており、フィルム装着時には持ち上げ、フィルム装着後には液中に沈下させる。ガイドロール１２でプラスチックフィルム原反１００を蛇行させることにより、プラスチックフィルム原反１００を液中に相当時間沈下させることができる。温水槽７４内には適宜、新たな水が補充され、また、一定温度に加熱されるようになっている。

第２段延伸部１３０には、駆動ロール１３、１７、２１、２５、２９及びニップロール６０〜６７が配置されており、駆動ロール１３と１７との間に吸着処理槽７５が、また、駆動ロール１７と２９との間に定着処理槽７６が設けられている。 吸着処理槽７５では、ヨウ素や染料等の偏光素子をプラスチックフィルム原反１００に吸着させ、着色と物性の向上とを行わせるものである。また、定着槽７６では、プラスチックフィルム原反１００に吸着させたヨウ素及び染料等の偏光素子の定着化を図るものである。吸着処理槽７５及び定着槽７６の中には、図１に示すように、ガイドロール１４〜１６、１８〜２８がそれぞれ配置されていて、各槽内をプラスチックフィルム原反１００が蛇行するようになっている。ガイドロール１４〜１６、１８〜２８は、手動式で上下動ができるようになっており、フィルム装着時には持ち上げ、フィルム装着後には液中に沈下させる。ガイドロール１４〜１６、１８〜２８でプラスチックフィルム原反１００を蛇行させることにより、プラスチックフィルム原反１００を液中に相当時間沈下させることができる。吸着処理槽７５及び定着槽７６内には、適宜、新たな処理液が補充されるようになっている。

第２段延伸部１３０におけるプラスチックフィルム原反１００の速度は、液中で６〜２０ｃｍ／分になるように設定される。また、好ましくは８〜１６ｃｍ／分である。
その際、駆動ロールの回転数は、第１駆動ロール３の回転数を１としたとき第８駆動ロール２９の回転数は約５倍に設定される。また、第４駆動ロール１３から第７駆動ロール２５の回転数も段階的に比率を上げ、プラスチックフィルム原反１００に無理な力を加えないようにする。
このように、第２段延伸部１３０における延伸率は、第１段延伸部１１０における延伸率よりも大きく設定されているが、プラスチックフィルム原反１００が軟化処理部１２０において軟化処理された後であるので、スムースな延伸が行われる。
また、プラスチックフィルム原反１００がスリップすると延伸効果が得られなくなるため、上記したニップロール６３〜６７を駆動ロール１３、１７、２１、２５、２９に対してそれぞれ一定圧で押し付ける。

乾燥処理部１４０には、複数の乾燥室７７が設けられており、それぞれの乾燥室７７に送風機７８から温風が送られる。
乾燥室７７内には、複数のガイドローラ３１〜５１が設けられていて、各乾燥室にはそれぞれ複数のガイドローラが配置され、プラスチックフィルム原反１００が各ガイドローラの上下面に交互に接触しながらガイドされ、均一な乾燥が行われる。また、図１において、プラスチックフィルム原反１００上部のガイドロールを乾燥室の上部部材に、プラスチックフィルム原反１００下部のガイドロールを乾燥室の下部部材に取付け、プラスチックフィルム原反１００の装着時には上部部材を必要な高さまで持ち上げ、装着後に所定の位置まで降下させるようにしてもよい。

乾燥処理部１４０で乾燥され、延伸を終えたプラスチックフィルム原反１００は、乾燥処理部１４０の下流側に設置された第９駆動ロール５３に引っ張られる。第９駆動ロール５３は、第８駆動ロール２９から乾燥処理部１４０内の途中におけるプラスチックフィルム原反１００のたるみを除去するために第８駆動ロール２９の回転数より高めに設定する必要がある。これもプラスチックフィルム原反１００により重みが異なるため、プラスチックフィルム原反１００に合わせて設定する必要がある。
また、延伸されたプラスチックフィルム原反１００の両面を保護するため、図示しないラミネートフィルムをプラスチックフィルム原反１００の上面及び下面に沿うように供給し、第９駆動ロール５３を通して巻取りロール５６に移動させるようにする。

巻取りロール５６は、ラミネートフィルムで両面を保護されたプラスチックフィルム原反１００を巻取るに従ってその外径が大きくなるため、同一速度で回転させるわけにはいかない。このため、巻取りロール５６には、一定圧で動作するトルクモータが必要となる。また、駆動ロール５３と巻取りロール５６の間でプラスチックフィルム原反１００の蛇行を防止するためテンションロール５４を配置しておき、テンションロール５４の後に図示しないカッターを配置してプラスチックフィルム原反１００の両端の耳切を行った後に巻取りロール５６で巻取るようにする。巻取りロール５６は、巻取り完了後には取り外さなければならないため、着脱が簡単で、しかも、スリップが生じないような構造に形成されている。

次に、図２及び図３を参照しながら駆動ロール等の駆動機構について説明する。
駆動ロール３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９、５３は、図２に示すように、フレーム９５上部で両端を支持され、装置の上方に位置して同じ高さで設けられており、その一側端部には、図３に示すように、それぞれ歯車８２が設けられている。駆動ロールを駆動する第１モータ８３及び第２モータ８４は、駆動ロールの一側下方に位置して台枠９６上に設置されている。
第１モータ８３の駆動力は、歯車機構８５、８６から伝達軸８７、歯車機構８８を経て減速機８９に伝えられ、減速機８９で減速されて歯車９０に伝達され、歯車９０からチエーン９１を経て歯車８２を介して駆動ロール３、７、１１に伝達される。
第２モータ８４の回転力は、歯車機構８５、８６から伝達軸９２、歯車機構８８を経て減速機８９に伝えられ、減速機８９で減速されて歯車９０に伝達され、歯車９０からチエーン９１を経て歯車８２を介して駆動ロール１３、１７、２１、２５、２９、５３
に伝達される。

このように、第１段延伸部１１０の駆動ロール３、７、１１は第１モータ８３により駆動され、また、第２段延伸部１２０の駆動ロール１３、１７、２１、２５、２９及び乾燥処理部１４０の下流側の第９駆動ロール５３は第２モータ８４により駆動されるようになっている。
プラスチックフィルム原反１００は、製造会社によって品質が微妙に異なることから、駆動ロールの回転数もそれに応じてコントロールする必要があること、及び、プラスチックフィルム原反１００の移動速度が毎分１．５ｃｍから毎分２０ｃｍと遅いことから、減速機８９は、ギヤードモータに無段変速機を組み入れた構造としている。
また、各駆動ロールは、各々回転数が異なることから、各駆動ロールに対応して減速機８９がそれぞれ設置され、各々の減速機８９は、当該駆動ロ−ルにおいて必要とされる回転数が得られるように図示しない制御装置により制御されるようになっている。

巻取りロール５６には、一定圧で動作するトルクモータ９３が設けられ、一定圧で駆動されるようになっている。このため、巻取りロール５６において巻取り径が変化しても、一定の張力でプラスチックフィルム原反１００が巻取られる。

次に、プラスチックフィルム原反１００が延伸され偏光膜が製造されるまでについて説明する。
（１）まず、プラスチックフィルム原反１００が巻取られている巻出しロール１を支持部材に装着する。
（２）第１水槽７２及び第２水槽７３内に清浄液を供給し、温水槽７４内にも処理液を供給して一定温度に加温する。また、吸着処理槽７５内にヨウ素や染料からなる吸着液を供給し、定着槽７６内にも定着液を供給する。
（３）ニップロール６０〜６９を流体シリンダ７１を作動させて上方に退避させる。また、乾燥室７７の上部部材及びこれに装着されたガイドロールを必要な高さまで持ち上げる。
（４）プラスチックフィルム原反１００を巻出しロール１から巻出し、駆動ロール及びガイドロールの上面に接するようにして順次引き出し、第１段延伸部１１０、軟化処理部１２０、第２段延伸部１３０、乾燥処理部１４０を通り、駆動ロール５３、テンションロール５４を介して巻取りロール５６にその先端部を装着する。
（５）ニップロール６０〜６８を流体シリンダ７１を作動させて下方に降下させ、駆動ロール上面にプラスチックフィルム原反１００を押し付ける。また、ガイドロール４〜６、８〜１０、１２、１４〜１６、１８〜２０、２６〜２８を液中に沈下させる。さらに、乾燥室の上部部材及びこれに装着されたガイドロールを降下させる。
（６）送風機７８から温風を送るとともに、第１モータ８３、第２モータ８４及びトルクモータ９３を駆動させる。
（７）プラスチックフィルム原反１００は、第１段延伸部１１０、軟化処理部１２０、第２段延伸部１３０、乾燥処理部１４０を通り、駆動ロール５３、テンションロール５４を介して巻取りロール５６に至る間に、第１段延伸部１１０及び第２段延伸部１３０の駆動ロールにより無理のない延伸がなされ、品質のよい偏光膜が得られる。
（８）１つの巻出しロールに巻かれたプラスチックフィルム原反１００の延伸処理が終了したら、次の巻出しロールをセットして、上記（１）〜（７）の手順を繰り返す。

本発明の実施の形態に係る偏光膜連続製造装置の全体を説明するための概略側面図である。 本発明の実施の形態に係る偏光膜連続製造装置の駆動系統を説明するための概略側面図である。 図２の要部を上方から見た平面図である。 駆動ロール及びニップロールを正面から見た正面図である。

符号の説明

１ 巻出しロール
３、７、１１、１３、１７、２１、２５、２９、５３ 駆動ロール
２、４〜６、８〜１０、１２、１４〜１６、１８〜２０、２２〜２４、２６〜２８、
３０〜５２、５５ ガイドロール
５４ テンションロール
５６ 巻取りロール
６０〜６８ ニップロール
７０ 軸受
７１ 流体シリンダ
７２ 第１水槽
７３ 第２水槽
７４ 温水槽
７５ 吸着処理槽
７６ 定着槽
７７ 乾燥室
７８ 送風機
８２ 歯車
８３ 第１モータ
８４ 第２モータ
８５、８６ 歯車機構
８７ 伝達軸
８８ 歯車機構
８９ 減速機
９０ 歯車
９１ チエーン
９２ 伝達軸
９３ トルクモータ
９５ フレーム
９６ 台枠
１００ プラスチックフィルム原反
１１０ 第１段延伸部
１２０ 軟化処理部
１３０ 第２段延伸部
１４０ 乾燥処理部

Claims (3)

1. 剥離加工されたプラスチックフィルム原反を巻出しロールから巻取りロールに連続的に供給する過程において同一径の複数の駆動ロールにより一定方向に一軸延伸させて偏光膜を製造する装置において、プラスチックフィルム原反の移動速度２〜４ｃｍ／分で延伸する第１段延伸部の下流側に移動速度８〜１６ｃｍ／分で延伸する第２段延伸部を設け、第１段延伸部において、入口の駆動ロールの回転数を１としたとき出口の駆動ロールの回転数が約１．２５倍であり、第２段延伸部において、第１段延伸部の入口の駆動ロールの回転数を１としたとき出口の駆動ロールの回転数が約５倍であり、第１段延伸部には水槽を設け、該水槽内をプラスチックフィルム原反が蛇行しながら移動するためのガイドロールを水槽内に設け、第１段延伸部と第２段延伸部との間に軟化処理部を設け、第２段延伸部には吸着処理槽に続いて定着槽を設け、また、第２段延伸部に続いて乾燥処理部を設けることを特徴とする偏光膜連続製造装置。
2. 第１段延伸部の駆動ロールを第１モータにより駆動し、また、第２段延伸部の駆動ロール及び乾燥処理部の下流側の駆動ロールを第２モータにより駆動するように動力伝達機構を設け、各駆動ロールにはそれぞれ減速機を設け、各駆動ロールの回転数を制御装置で制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏光膜連続製造装置。
3. 駆動ロール上方に、プラスチックフィルム原反を駆動ロールに押し付けかつプラスチックフィルム原反と駆動ロールとのスリップを防止するため表面にゴムが装着されたニップロールを設け、該ニップロールを流体シリンダにより上下に移動可能とすることを特徴とする請求項１又は２記載の偏光膜連続製造装置。

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