JP2001030346A - 熱成形ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、プラスチック気泡シート製造装置の
改良に関し、高品質のプラスチック気泡シートおよびそ
れを安価に提供する技術にかんするものである。 【解決手段】ロール軸１１を中心にして回転し、本体が
外筒１２と内筒１３からなり、外筒表面にロール中心軸
１１から放射状に複数の凹み１４を形成し、外筒１２の
内筒１３との接触面に中心軸１１から一定の傾斜角度θ
１を設けた１条または多条の螺旋状の溝１５を設け、上
記溝１５と複数の凹み１４の底部が接触、開孔し、さら
に内筒１３の表面に一定間隔で設けられた穴１８に接す
る中心軸と平行に開孔された横孔１９を設け、ロール側
面から横孔１９、穴１８、溝１５を通じ溶融した合成樹
脂を複数の凹み１４によって凹凸に真空成形するロール
において、内筒１３の表面に中心軸から一定の傾斜角度
θ２を与えられた、先の外筒の溝１５と接触しないよう
に設置された１条または多条の螺旋状の溝１６を有し、
ロール軸１１に設けられた孔１７が先の溝１６と連結
し、孔１７と溝１６が冷却媒体の流路となることを特徴
とした、表面冷却性の改善された熱成形ロール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック気泡
シート製造装置の改良に関し、高品質のプラスチック気
泡シートおよびそれを安価に提供する技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】主にポリオレフィン系のプラスチックを
主原料とした、多数の突起を設けたキヤツプフィルムの
突起の底面に、平坦なバツクフィルムを貼り合わせて多
数の密閉された気泡を形成してなるプラスチック気泡シ
ート、あるいはさらにキヤツプフイルムの突起の頂部に
さらにもう１枚平坦なライナーフイルムを貼り合わせた
気泡シート（以下、これらを総称して「気泡シート」と
略す。）は、包装などの分野で広く使用されている。特
に、主原料にポリエチレンを用いた比較的薄手のもの
は、「プチプチ」の商品名で知られており、包装材、緩
衝材、断熱材として多用されている。また、主原料にポ
リエチレン、ポリプロピレンを用いた厚手かつ硬質のも
のは、「プラパール」の商品名で知られており、断熱
材、構造材、芯材として多用されている。

【０００３】これらの気泡シート類の製造装置としては
実公昭６２−７６４２に開示されているような中心軸に
冷却媒体の流路が設けられ、表面に無数の凹凸を有し、
この凹凸の底部から中心軸に平行に開けられた複数の横
孔に向けて開口された微細な孔を有する直径１５０ｍｍ
〜４００ｍｍ程度の熱成形ロールが多用されていた。本
来、気泡シートの高速での安定生産を考えるならば、直
径はある程度大きいことが好ましいのだが、後述のよう
な種々の理由からロール表面の肉厚がかなりの厚さとな
り、重量面での制約から最大でも直径４００ｍｍ程度に
抑えられていた。

【０００４】また、このような微細な孔をロール本体の
凹凸の底部に開孔した場合、目づまりを起こし易く、ロ
ールのメインテナンスに手間が掛かるという問題を有し
ていた。

【０００５】そこで発明者らはこの目づまりを改善する
方法として、実公平１−２３７９６で凹凸の底部に複数
の切れ込みを有する真空抜板をはめ込み、この真空抜板
の複数の切れ込みによって真空吸引を行うロール構造を
提案した。この方法は目づまりの防止、および発生した
目づまりの整備、保全にはたいへん有効な方法ではある
が、真空抜板をはめ込む数が増える、つまり、ロールの
面長、直径が大きくなっていくとその打ち込み作業が増
え、ロール製造の手間が増大するという問題があった。

【０００６】この熱成形ロールの端面から、横孔を通じ
て真空吸引を行い、フィルムを凹凸に成形し、該熱成形
ロール上にてもう１枚平坦なフィルムを貼着、２層品の
気泡シートを得るか、さらに後の工程においてもう１枚
平坦なフイルムを反対面に貼着し３層品とするのが当該
業者間で知られているこれら気泡シートの一般的な製造
方法であった。（以下このロール構造を「一体型」と称
す。）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような熱
成形ロールにおいては比較的低速においての安定した生
産、という点では整備、保全の面からも取扱いに優れて
いたが、生産性の向上、つまり生産スピードの高速化が
近年望まれるようになってからは種々の問題を生じつつ
あった。

【０００８】つまり、該熱成形ロールは、加熱溶融下フ
ィルムを吸引あるいは圧空付与にて凹凸に成形し、安定
して次工程に送るために安定して剥離させねばならな
い。このためにはロール表面の温度は適度に冷却されね
ばならない。もしロール表面の温度が高すぎるのであれ
ば、フィルムは該熱成形ロール上にて即座に巻き付いて
しまうであろう。

【０００９】しかし、該熱成形ロールは、その表面上に
おいてもう１枚平坦なフィルムを貼着加圧して気泡シー
ト類の空気室を作るという機能がある。このためには該
熱成形ロールの表面温度を下げすぎる訳にはいかなかっ
た。つまり、該熱成形ロールの表面温度が低く凹凸に成
形されたフイルムが過剰に冷却されてしまったならば、
気泡シートの命である空気室を構成する２枚のフィルム
は溶融、密着せず空気室の充分な密閉性が得られず、製
品として機能しない。

【００１０】当然、この相反する２つの条件を満たす温
度範囲は非常に狭く限定されてしまう。発明者らの知る
ところでは、特にポリエチレンを原材料として用いた場
合、この温度範囲は８０度前後である。

【００１１】そして、その生産速度、つまりは引き取り
速度を上げて行けば、相反する２つの条件を満たす温度
範囲はさらに狭くなっていくであろう。先に述べた、ポ
リエチレンは合成樹脂の中では、融点、軟化点等の非常
に曖昧な、温度上昇につれて徐々に柔軟になっていき、
ついには溶融する性質を持つ樹脂であり、上記温度範囲
のもっとも広いといわれている樹脂である。それ故気泡
シートあるいは気泡ボードをもっとも容易に作り得る樹
脂として当該業者間に知られている。しかし、ポリエチ
レンを素材とした汎用品に比べ、近年は機能性素材、例
えば脂肪族ポリエステル、ポリカプロカクトン、乳酸、
澱粉系等の生分解性素材、ナイロン、ＥＶＯＨ等のガス
バリア性素材などが注目されつつある。これらの素材は
皆、ポリエチレンに比べるなら融点、軟化点が顕著に出
るうえに、両者の幅が非常に狭く、一定の温度を境に固
体から液体に急激に存在相が変化する際めて扱いづらい
樹脂である。ポリエチレンとともにポリオレフィン樹脂
の代表として知られているポリプロピレンとてその例外
ではない。そのためこれらの樹脂で気泡シートあるいは
気泡ボードを作る場合、その生産スピードが従来ポリエ
チレンを用いた場合に比べ、数等劣ることは当該業者間
では公知の事実であった。

【００１２】上記のように生産スピードを上げて行け
ば、成形、および融着の可能な温度範囲の幅はそれにつ
れてどんどん短くなっていく。それに加え、ポリエチレ
ン以外の樹脂は樹脂固有の性質としてその温度範囲は格
段に狭い。そのうえ生産スピードを上げていこうとする
ならばその温度範囲はさらに狭まり、ついにはピンポイ
ントになってしまう。こうなればロール表面の温度を一
定とし、わずかな誤差をも許さないものとなってしまう
であろう。つまり、気泡シートの生産性を決定的に左右
するのは、熱成形ロールの温度コントロールの正確さ、
および全体の均温性に尽きるのである。然るに、該成形
ロールはその表面からかなりの深さ迄を真空吸引の流路
に要し、冷却媒体の流路はそれより深い所を走らねばな
らないという構造上の問題を有していた。

【００１３】このことは必然的にロール表面から冷却媒
体の流路の距離を遠くすることとなり、先に述べた気泡
シートの生産性を決定的に左右する要素、熱成形ロール
の温度コントロールの正確さ、および全体の均温性の面
で不満のある構造であった。これら問題を解決するもの
として、「ロールの肉厚を薄くする。」ことが先ず考え
られた。ロールの肉厚を厚くしている最大の問題点は、
真空吸引の際の空気の流路となる中心軸に平行な横孔の
存在である。これを改善する方法として、表面に複数の
溝を切ったロールを用意し、これに表面に凹凸の加工を
施した外筒を圧入や焼きばめ等の方法を用い、きついか
ん合にてかぶせていく方法が試みられた。確かに、この
方法を用いるなら、真空吸引の流路たる横孔が溝に変わ
るため、従来の約半分近くまでロールの肉厚を薄くする
ことも可能である。これは温度コントロール、軽量化の
両面から好ましいことである。加えて、圧入や焼きばめ
等の方法によってかぶせられる外筒は、幅方向に任意に
分割することが可能である。これならば従来の一体型の
ロールよりも面長の大きいロールも容易に作り得るであ
ろう。（以下このロール構造を「圧入型」と称す。）

【００１４】しかし、発明者らのこの試みは失敗に終わ
った。なぜなら、溝を切ったロール内筒部と凹凸に加工
された外筒部は、圧入、焼きばめ等の方法によって一体
化されていると考えられていたのであるが、実際にはど
のように機械加工の精度が上がろうとも両者の間の隙間
は存在するのである。（以下、この隙間を「洲」と称
す。）そして、このロールの製法上、内筒と外筒の材質
の差もこの洲の問題を増長させる結果となった。温度の
上昇、降下を繰り返すごとに生じた洲が広がる結果とな
ったのである。この洲の部分は非常に微細な隙間にもか
かわらず、空気層であるが故に非常に高い断熱効果を生
じた。このためできたロールは従来構造のロールに比
べ、かえって均温性ならびに温度応答性において著しく
劣るものとなってしまった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決する方法
としては、冷却媒体の流路をロール表面から浅い（近
い）位置、可能で有れば真空吸引の通路並の浅い部分に
設け温度コントロールの正確さ、および全体の均温性を
向上することが考えられる。しかし、かかる構造は冷却
媒体の流路と真空吸引の流路が交錯してしまい、技術的
に不可能と考えられていた。発明者らは鋭意研究の末、
上記問題点をついに解決するに至った。以下に図を用い
て説明する。

【００１６】図１に本発明の１例を示す斜視図を、図２
に同じく断面図を示す。本発明熱ロール１は外筒１２、
および主軸１１を含む内筒１３からなり、ロール軸１１
を中心にして回転する構造となっている。外筒１２と内
筒１３は、圧入や焼きばめ等のきわめてきついかん合に
よってはめられている。勿論希望するかん合が得られる
なら他の方法を用いても構わない。外筒１２の表面には
ロール中心軸１１から放射状に複数の凹み１４を形成し
ている。そしてこの外筒１２の内面には、凹み１４の頂
点に接触してわずかな開孔部２４を生ずる中心軸１１か
ら一定の傾斜角度θ１を設けた螺旋状の溝１５が設けら
れている。さらに内筒１３の表面に一定間隔で設けられ
た穴１８に接する中心軸と平行に開けられた複数の横孔
１９を設け、ロール側面から横孔１９、穴１８、溝１５
を通じ溶融した合成樹脂を複数の凹み１４によって凹凸
に真空成形する。

【００１７】また、内筒１３の表面には中心軸から一定
の傾斜角度θ２を与えられた、先の外筒の溝１５と接触
しないように設置された螺旋状の溝１６は、ロール軸１
１に設けられた孔１７と連結し、孔１７と溝１６が冷却
媒体の流路となることにより、ロール表面から非常に浅
い位置を水等の冷却媒体が循環することになる。この
時、冷却媒体の循環を容易とするため、図１に示すよう
に、孔１７と溝１６の間にバイパス２３を設けてもよ
い。この時溝１５の傾斜角度θ１および溝１６の傾斜角
度θ２は同じであることが好ましい。近似の角度であっ
てもよいのではあるが、ロールの構造上、寸法的に無駄
な部分が増え、ロール表面に設ける凹み１４の間隔が広
くなり気泡シートの美観を損ねることとなるので好まし
くない。その許容差は発明者の鋭意研究するところによ
ると±５度以内である。また、溝１５の傾斜角度θ１お
よび溝１６の傾斜角度θ２は０〜４５度の角度、さらに
は０〜３０度の角度が好ましい。４５度以上であるなら
ば、ロール表面に設ける凹み１４の大きさにもよるが、
溝１５および溝１６の配列の関係上ロール表面に設ける
凹み１４の間隔が広くなり気泡シートの美観を損ねるこ
ととなるので好ましくないし、また真空吸引の際の空気
のリークが激しくなり実用性も低下するので好ましくな
いからである。特殊な例として溝１５の傾斜角度θ１お
よび溝１６の傾斜角度θ２がともに０度となる場合もあ
るが、この場合凹み１４の配列形状は従来技術の熱成形
ロールと同様の外観を呈する。この時のロール表面から
観た凹み１４と溝１５の関係を図３に示す。このよう凹
み１４と溝１５の間には、少なくとも１箇所以上、開孔
部２４を有するわけである。このとき、開孔部２４の幅
Ｗは、０．２〜０．８ｍｍの範囲が好ましい。もし０．
２ｍｍ以下であるならば、幅が狭すぎ真空成形に支障を
きたすからであり、また０．８ｍｍ以上有れば真空吸引
によってフィルムの破れを生ずる恐れがあるからであ
る。また、冷却媒体の通る溝１６に意図的に加工を施し
冷却媒体の流れを乱流とし、冷却効率をさらに高める手
段として用いてもよい。

【００１８】図４に本発明熱成形ロールによって成形さ
れた気泡シート一般的な形状を示す。このように気泡シ
ートあるいは気泡ボードの成形部の頂点には、ロール表
面の凹み１４の開孔部２４の真空吸引の跡である１個あ
るいは複数個の半月型の膨らみ２６が転写されている。
この膨らみ２６の高さは、使用する樹脂の種類、厚み、
温度ならびに真空吸引の強さにより異なるが、発明者の
研究するところによると、１ないし１０００μｍの範囲
である。また、外観上この膨らみ２６が気泡シートに転
写され、美観上好ましくない、あるいは開孔部２４の目
づまりの改善を望むのであれば、凹み１４を２段構造の
孔とし、実公平１−２３７９６に開示されているような
凹凸の底部に複数の切れ込みを有する真空抜板２５をは
め込んでもよい。その時のロール表面の外観を図５に示
す。

【００１９】本体１を構成する基本構成は以上のような
形となるが、盲板２０および空気の流路２１を設けた摺
動板２２が付くわけである。。特に空気の流路２１を設
けた摺動板２２は、従来用いられている熱成形ロールと
何等変わるものではなく、その形状も円盤状であって
も、空気の流路２１を設ける上で必要な最小限な形状、
例えば扇形等の形状であっても構わない。また、この場
合、空気の流路２１を設けた摺動板２２を２段構造と
し、１段目において真空吸引を行い。２段目においては
逆に圧空を吹き出し、本発明熱成形ロールを使用した場
合に製品のロールからの剥離性の向上をはかることも可
能である。この場合は、ロール両端の空気の流路２１を
設けた摺動板２２の取り付け方は左右対称のの位置関係
でなく、溝１５の傾斜角度θ１に併せて捻れた位置関係
に取り付けることが好ましい。あるいはより簡便な方法
として、真空吸引、および圧空の吹き出しの能力が充分
あるのであれば、ロールの片側の端面の空気の流路を塞
ぎ、残るもう一方の端面にのみ空気の流路２１を設けた
摺動板２２を取り付けて使用してもよい。

【００２０】また、盲板２０は空気の流路２１を設けた
摺動板２２と接触、絶えず摺動することから摺動板２２
を痛めない素材、例えば銅、黄銅などの柔らかい金属
や、ナイロン等の合成樹脂などが好ましい。

【００２１】本発明熱成形ロール構造を用いるならば、
ロール表面から冷却媒体との接触面との距離、いわゆる
肉厚を、気泡の形状、ロールの直径などによっても変化
するが、従来構造の熱成形ロールに比べその肉厚を１／
５〜１／１０以下にすることが可能である。例えば、直
径３００ｍｍのロールに、直径１０ｍｍ、深さ４ｍｍの
凹み１４の加工を施す場合、従来技術の熱成形ロールに
おいては、その肉厚は最低でも５０ｍｍ程度必要であっ
たものが、本発明熱成形ロールの場合１０ｍｍ以下にお
さえることが可能である。また圧入型ロールの作り方と
同様、幅方向に外筒１２を複数に分割することも容易で
ある。しかも外筒１２に接して冷却媒体の循環が行われ
るため、もし外筒１２と内筒１３の間に多少の洲が存在
したとしても、均温性ならびに温度応答性において問題
を生ずることはまったくない。また、中心軸１１と内筒
１３は一体構造であっても良いし、別構造の組立式とし
ても構わない。どちらの場合でも、内筒１３の強度に支
障を来さない範囲の肉厚を維持したうえで図２に示すよ
うな中空構造にすれば従来技術の熱成形ロールに比し、
格段に軽量なロールとすることも可能である。これらの
本発明ロール特有の利点のため従来構造のロールで限界
とみられていた直径４００ｍｍ以上の熱成形ロールも容
易に製作が可能となった。

【００２２】以上のように本発明熱成形ロールの概要に
ついて説明してきたが、本発明熱成形ロールを構成する
個々の要素、例えば真空成形の流路構造、冷却媒体の流
路構造、あるいは溝１５とロール表面の凹み１４の位置
関係等を部分的に従来技術の一体型、圧入型の熱成形ロ
ール、あるいは表面が平坦な冷却ロールに用いてもかま
わない。

【００２３】

【実施例】従来構造の一体型熱成形ロールと本発明熱成
形ロールを直径３００ｍｍ、面長１２００ｍｍの同一外
形で作り、両者を実公平３−５３８６９に開示されてい
る気泡シート製造装置に取り付けて同一条件で試作し
た。

【００２４】

【試作テスト結果】従来構造の一体型熱成形ロールの場
合、気泡シートを安定して作り得るロール表面の速度が
２０ｍ／分であったのに対し、本発明熱成形ロールは４
０ｍ／分を超えても安定して気泡シートを作ることが可
能となった。

【００２５】

【作用】主にポリオレフィン系のプラスチックを主原料
とした、多数の突起を設けたキヤツプフィルムの突起の
底面に、平坦なバツクフィルムを貼り合わせて多数の密
閉された気泡を形成してなるプラスチック気泡シート、
あるいはさらにキヤツプフイルムの突起の頂部にさらに
もう１枚平坦なライナーフイルムを貼り合わせた気泡シ
ートは、包装などの分野で広く使用されている。これら
の気泡シート類の製造装置としては特公昭６２−７６４
２に開示されているような中心軸に冷却媒体の流路が設
けられ、表面に無数の凹凸を有し、この凹凸の底部から
中心軸に平行に開けられた複数の横孔に向けて開口され
た微細な孔を有する熱成形ロールが多用されていた。し
かし上記のような熱成形ロールにおいては比較的低速に
おいての安定した生産、という点では整備、保全の面か
らも取扱いに優れていたが、生産性の向上、つまり生産
スピードの高速化が近年望まれるようになってからは種
々の問題を生じつつあった。つまり、該熱成形ロール
は、加熱溶融下フィルムを吸引あるいは圧空付与にて凹
凸に成形し、安定して次工程に送るために安定して剥離
させねばならない。このためにはロール表面の温度は適
度に冷却されねばならない。もしロール表面の温度が高
すぎるのであれば、フィルムは該熱成形ロール上にて即
座に巻き付いてしまうであろう。しかし、該熱成形ロー
ルは、その表面上においてもう１枚平坦なフィルムを貼
着加圧して気泡シート類の空気室を作るという機能があ
る。このためには該熱成形ロールの表面温度を下げすぎ
る訳にはいかなかった。つまり、該熱成形ロールの表面
温度が低く凹凸に成形されたフイルムが過剰に冷却され
てしまったならば、気泡シートの命である空気室を構成
する２枚のフィルムは溶融、密着せず空気室の充分な密
閉性が得られず、製品として機能しない。そして、その
生産速度、つまりは引き取り速度を上げて行けば、相反
する２つの条件を満たす温度範囲はさらに狭くなってい
くであろう。つまり、気泡シートの生産性を決定的に左
右するのは、熱成形ロールの温度コントロールの正確
さ、および全体の均温性に尽きるのである。上記問題を
解決する方法としては、冷却媒体の流路をロール表面か
ら浅い位置に設け温度コントロールの正確さ、および全
体の均温性を同上することが考えられる。しかし、かか
る構造は冷却媒体の流路と真空吸引の流路が交錯してし
まい、技術的に不可能と考えられていた。本発明熱成形
ロールは先に述べたような構造を用いる、ロール表面か
ら冷却媒体との接触面との距離、いわゆる肉厚を、気泡
の形状、ロールの直径などによっても変化するが、従来
構造の熱成形ロールに比べその肉厚を１／５〜１／１０
如以下にすることを可能とした。

【００２６】

【発明の効果】その結果、表面温度の均温性、温度コン
トロールの正確さが格段に向上し、また内筒１３を中空
構造とすることにより軽量化にも成功し、従来よりも高
品質の気泡シートを従来より格段に高い生産スピードに
て生産し得るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明熱成形ロールの１例を示す斜視図

【図２】 本発明熱成形ロールの１例を示す断面図

【図３】 本発明熱成形ロールの表面の形状の１例を示
す平面図

【図４】 本発明熱成形ロールによって成形された、一
般的な気泡シートおよび気泡ボードを示す。

【図５】 本発明熱成形ロールの表面の形状の別の１例
を示す平面図

【符号の説明】

１ 本体 １１ ロール中心軸 １２ 外筒 １３ 内筒 １４ 凹み １５ 溝 １６ 溝 １７ 孔 １８ 穴 １９ 横孔 ２０ 盲板 ２１ 空気の流路 ２２ 摺動板 ２３ バイパス ２４ 開孔部 ２５ 真空抜板 ２６ 膨らみ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロール軸１１を中心にして回転し、本体
   が外筒１２と内筒１３からなり、外筒表面にロール中心
   軸１１から放射状に複数の凹み１４を形成し、外筒１２
   の内筒１３との接触面に中心軸１１から一定の傾斜角度
   θ１を設けた１条または多条の螺旋状の溝１５を設け、
   上記溝１５と複数の凹み１４の底部が接触、開孔し、さ
   らに内筒１３の表面に一定間隔で設けられた穴１８に接
   する中心軸と平行に開孔された横孔１９を設け、ロール
   側面から横孔１９、穴１８、溝１５を通じ溶融した合成
   樹脂を複数の凹み１４によって凹凸に真空成形するロー
   ルにおいて、内筒１３の表面に中心軸から一定の傾斜角
   度θ２を与えられた、先の外筒の溝１５と接触しないよ
   うに設置された１条または多条の螺旋状の溝１６を有
   し、ロール軸１１に設けられた孔１７が先の溝１６と連
   結し、孔１７と溝１６が冷却媒体の流路となることを特
   徴とした、表面冷却性の改善された熱成形ロール。
2. 【請求項２】 上記θ１、θ２が中心軸に平行であるこ
   とを特徴とした、請求項１記載の熱成形ロール。
3. 【請求項３】 上記θ１、θ２が同一角度であることを
   特徴とした、請求項１記載の熱成形ロール。
4. 【請求項４】 上記θ１、θ２の角度の差が±５度の範
   囲であることを特徴とした、請求項１記載の熱成形ロー
   ル。
5. 【請求項５】 上記θ１、θ２が０から４５度の範囲で
   あることを特徴とした、請求項１ないし４記載の熱成形
   ロール。
6. 【請求項６】 上記熱成形ロールによって成形されたフ
   ィルムの片面、あるいは両面に、平坦なフィルムを１な
   いし２枚貼着したことを特徴とする、気泡シートあるい
   は気泡ボード。
7. 【請求項７】 上記熱成形ロールによって成形されたフ
   ィルムの凸部の頂面に、半月状の吸引跡があることを特
   徴とする請求項６記載の気泡シートあるいは気泡ボー
   ド。