JP2007296828A

JP2007296828A - 成形ロール

Info

Publication number: JP2007296828A
Application number: JP2006129061A
Authority: JP
Inventors: Koji Oshitani; 孝治忍谷; Naotaka Miyauchi; 直孝宮内
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-08
Also published as: JP4365384B2

Abstract

【課題】構造が簡単で耐久性があり、均一な線圧を得ることができる成形ロールを提供する。
【解決手段】本発明の成形ロール２０は、外セル１と、外セル１内に二重管構造で設けられた内セル２と、内セル２を被覆するゴム３と、内セル２を保持する軸６とを有する成形ロールにおいて、外セル１が内セル２に対して偏心可能なように、外セル１の両端部にて、外セル１と軸６とを連結する連結手段５を有することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、シート材の成形加工等に用いられる成形ロールに関する。

従来、長尺のシート状材料を１対のロールで加圧成形するロールとしては、油圧均等圧を利用したロールや多数の油圧ピストンを利用したクラウン調整ロールなどが開示されている（特許文献１、２参照）。

また、樹脂フィルム・シート製造用のロールとしては、特許文献３に、弾性変形可能な薄い金属薄膜からなる外円筒と、外円筒内部に弾性変形及び回転可能な弾性体ロールを備えた成形用ロールが開示されている。また、特許文献４には薄肉外筒厚さｔをロール半径の０．０３以下にした２重管ロールが開示されている。
特公昭５８−４６５９９号公報特開平６−６５８８９号公報特許３４２２７９８号公報特開平１１−２３５７４７号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されたロールの場合、均一ニップを得ることができるが、油圧装置が必要で装置が大型になりコストが高価な設備になる。

また、特許文献３に開示されたロールの場合、外筒を１ｍｍ程度の薄いセルとして相手成形ロールに柔らかく巻きつくような成形ができ、薄肉シートが成形できるが、表面にヘコミ傷が付きやすく、耐久性に課題がある。さらに、特許文献３の図１１〜図１７に示されている例の場合、ロール内部にて冷却液とベアリングとが接する構造となっている。このため、このような構造のロールを、例えば、０．５ＭＰａの加圧水（１５０℃）にて行う場合（１５０℃による温調樹脂成形用途で多用される）、給脂やシール漏れといったメンテナンス性や耐久性に課題が発生する場合がある。

特許文献４に開示されたロールの場合、線圧（あるいはニップ圧：１対のロールを押し当てた時の長さ幅１ｃｍあたりの力）を変えた場合、幅方向に均等な圧力が得られないといった問題点がある。図１５に、特許文献４に開示された構造のロールの設計例に基づく、線圧分布の計算例を示す。なお、相手ロールは剛性無限大と仮定している。ロール外径φ４１０ｍｍ×４．５ｍｍ厚さ×９００ｍｍ長さとした場合、線圧１００Ｎ／ｃｍ、クラウン量が直径差で０．４ｍｍとすると概ねフラットな線圧分布が得られる。しかしながら、このロールに２倍の荷重を加えると中央が低い凹形になり、反対に１／２荷重では凸形になる。このため、このような構造のロールは、実用運転では設計線圧の近傍でのみ使用でき、荷重を変えると幅方向に均等な圧力が得られないということになる。また、耐久性を考慮すると線圧の調整幅も狭くならざるを得ない。従って成形するシートの厚さ、材料の変化に応じてニップ圧を変更する要求に適応することが困難となる場合がある。また、線圧荷重を外筒の端部で負担するので線圧を大きくすることも困難となる。

このほか、一般的なゴム被覆ロールを金属ロールに押付けるプレス成形ロールの場合、ほぼ均一な線圧が得られるがゴムの熱伝導率が悪く、ロール内部の熱の十分な伝達できないため、シート材料をゴムロール側から冷却・加熱できないという問題がある。

そこで、本発明は、構造が簡単で耐久性があり、均一な線圧を得ることができる成形ロール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の成形ロールは、外セルと、外セル内に設けられた内セルと、内セルを被覆するゴムと、内セルを保持する軸とを有する二重管構造の成形ロールにおいて、外セルは、内セルに対して偏心可能なように外セルの端部にて外セルと軸とを連結する連結手段を有することを特徴とする。

本発明の成形ロールは、外セルを内セルに対して偏心可能に設けることで、相手側ロールからのロール加圧荷重が増加、あるいは減少してもロール幅方向に略均一な線圧を得ることができる。

また、本発明の成形ロールは、連結手段は金属薄板で形成されており、外セル内を流れる温調液を封止するものであってもよい。連結手段を金属薄板で形成することで、その弾性変形を利用でき、よって外セルを内セルに対して偏心させる構造を簡単な構造として得ることができる。また、外セルの両端部に金属薄板からなる連結手段が配置されることで、成形ロール内部の温調液を封止することができる。

また、本発明の成形ロールは、連結手段が金属薄板を屈曲させて形成されているものであってもよい。この場合、屈曲数を増減させることで偏心に要する加圧を変更でき、また、屈曲数を減らすことで構造の簡単化を図ることができる。

また、本発明の成形ロールは、ゴムの表面に軸の軸方向に、外セルに向けて開口した複数の溝が形成されているものであってもよい。この場合、温調液を溝内に流すことで、加熱ロール、あるいは冷却ロールとすることができる。また、溝は外セルに向けて開口しているので、ゴムの熱伝導性の低さに影響されることなく、加熱・冷却が可能となる。

また、本発明の成形ロールは、ゴムがロール幅方向の中央部を端部よりも高いクラウン形状に形成されているものであってもよい。この場合、より均一な線圧分布を得ることができる。

本発明は、外セルを偏心可能に連結保持する連結手段を有することで均一な線圧分布を得ることができる。

図１に本実施形態の成形ロールの適用例であるフィルム成形機の構成を示す。

本実施形態のフィルム成形機は、Ｔダイ２４と、本発明の特徴を備えた成形ロール２０と、成形ロール２１、２２、２３とを有する。各成形ロール２０、２１、２２、２３は並列配置されている。

Ｔダイ２４は押出機（不図示）からの樹脂材料をシート状に押し出し、１対の成形ロール２１、２０のニップ隙間に導く。シート２５としては０．１ｍｍから３ｍｍ程度までの透明クリアシートでＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポロメタクリル酸メチル）樹脂材料が例として挙げられる。成形ロール２１は固定設置され、その他の成形ロールは押付け装置で水平方向に移動できる。また、成形ロール２１、２０は通常同速度で回り、ロール幅に均一の圧力で一定厚さに成形する。シート２５は成形ロール２１側に巻きつけて、成形ロール２２および成形ロール２３でニップ成形した後、下流に流して冷却した後、巻き取りまたはシート切断してシートを製造する。

次に、図１に示す成形ロール２０のＡ−Ａ線における断面図を図２に、また、成形ロール２０の負荷時と無負荷時におけるロール動作を説明する成形ロール２０の軸方向断面図を図３に示す。また、図４に内セル、ゴム、外セルの構成を説明するための成形ロール２０の一部拡大図を、図５（ａ）に成形ロール２０のベローズ部分を説明するための詳細な断面図をそれぞれ示す。なお、図５（ｂ）は外セル１に形成された段差１０を説明するための一部拡大図である。

また、成形ロール２０の主要仕様を表１に示す。

成形ロール２０は、軸受け１４に回転可能に支持された軸６と、内セル２と、内セル２に被覆されたゴム３と、ゴム３の外周に配置された外セル１と、軸６と外セル１とをフランジ１１、１２を介して連結保持するベローズ５を有し、軸６の一端側（駆動側）にはモータ２７が連結され、他端側（操作側）にはロータリジョイント２８が設けられている。

モータ２７は成形ロール２０を所定の回転速度で回転駆動させる駆動装置である。ロータリジョイント２８は軸回転時においても連続的に成形ロール２０への温調液１６の流出入を可能とする継手である。
［内セルおよびゴム］
外セル１内に二重管構造で設けられた内セル２は高剛性に造られており、軸６に溶接結合されている。軸６内にはパイプ１３が溶接されており、また、軸６に多数の穴１５が形成されており、パイプ１３、穴１５を介して温調液１６が流れる構造となっている。

内セル２の外周に被覆されたゴム３には、図４に示すように温調液１６が通る溝４が形成されている。溝４の形状は必要に応じて種々のパターンがあるが通常はロール幅方向（軸６の軸方向）に多重スパイラルネジ状に形成される。溝４の断面は外セル１の厚さによって決まるが、表１に示す仕様の場合、１０ｍｍ幅、１０ｍｍ深さ、溝ピッチ２０ｍｍ程度が好ましい。この場合、ゴム３の表面の開口率は０．５（５０％）となる。温調液１６は操作側のロータリジョイント２８から入り、パイプ１３内を通り、駆動側軸の穴１５をとおり、内セル２のゴム３の溝４をスパイラル状に流れ、駆動側から出る。

従来の溝が形成されていない全面ゴムロールの場合、ゴム自体の熱伝導率が低く断熱材として機能してしまうため、セルやシート材料といった成形材料を冷却・加熱する能力が低い。一方、本実施形態の場合、図４に示す溝形状の場合、ゴム３の表面の開口率が５０％となるので熱伝達面積が大きく、成形材料を冷却・加熱する能力が高い。

また、本実施形態の場合、後述するようにベローズ５を有するため、外セル１は偏心可能である。このため、図３（ｂ）に示すように、ニップ側から負荷が印加されることで外セル１は偏心し、ニップと反対側のゴム３表面と外セル１との間の隙間１９が拡大することとなる。すなわち、ニップと反対側に成形ロール２０が回ってくると外セル１の偏心量に応じてゴム３表面と外セル１の隙間１９が拡大して隙間１９に温調液１６が流れ込む。温調液１６が拡大した隙間１９に流れ込むことで、ニップと反対側における温調液１６と外セル１との間の熱伝達効率は高められる。本実施形態の成形ロール２０はこれを一回転毎に繰り返すため、成形材料を冷却・加熱する能力が高い。なお、成形ロール２０は、図３（ａ）に示すように、無負荷の場合、外セル１はベローズ５で支えられているので外セル１の自重でわずかに下に下がっているが、概ね内セル２と外セル１とは同じ軸心上にある。

温調液１６として加熱水や１００℃以下の水を使用した場合、水の比熱が大きいので加熱、冷却性能が高い。一方、温調液１６としてオイルを使用した場合、比熱が水に比べて低いため（例えば０．５）、水を温調液として使用する場合に比べて流速を上げるか開口率を上げたほうが加熱、冷却性能を向上させることができる。また、オイルでも水でも開口率が高いほうが冷却性能を向上させることができるとともに、ロールの温度ムラをなくすことができる。このような場合、開口率が高くなるような溝形状とすることで対応可能である。図６は、溝４の幅Ｌ₁に対して土手部４ａの幅Ｌ₂の幅を狭くすることで開口率を高めた例である。また、図７に示す例では土手部４ｂを台形とすることで溝４の開口部分における溝４の幅Ｌ₁を土手部４ｂの幅Ｌ₂の幅に対して狭くすることで開口率を高めている。

また、溝４はロール幅方向に形成するのみでなく、ロールの回転方向に細かな溝がさらに形成されているものであってもよい。ロール回転数が増すとロール幅方向に隣接して形成された溝４間の圧力差が増すこととなるが、回転方向に形成された溝で隣接する溝４どうしを連通させることで溝４間における圧力差を減少させることができ、特にストレート形状の溝の場合、有効である。またゴム３の、各溝４を形成する土手部４ａの表面と外セル１の内面との間の隙間に温調液１６が回り易くなる。

ゴム３のバネ常数はゴム硬度、耐強度、厚さ、開口率から計算し、決定する。またゴム３の外周は線圧（ニップの大きさ）に応じてクラウン形状に形成されている。すなわち、ゴム３は、その厚みが軸方向の両端部から中央部に向かうにつれて徐々に厚くなる形状に形成されている。
［外セル］
外セル１はロール端のベローズ５を介して軸６に弾性支持されている。外セル１の内径は内セル２の外径よりもわずかに大きく造られている。本実施形態の場合、外セル１は温度膨張と組立ての容易さを確保するため、外セル１の内径は内セル２のゴム３の外径よりも約１ｍｍ程度大きいものが用いられている。また、外セル１の外周の両端部は１ｍｍ程度の段差１０が形成されている（図５（ｂ）参照）。この段差１０が形成されていることで、シート２５が薄い場合の相手側の成形ロール２１との接触を回避できるとともに、金属薄板からなるベローズ５の肉厚に合わせて溶接部の肉厚変化を小さくし、応力を緩和している。このような構成のため、内セル２のゴム３との間に０．５ｍｍ程度の隙間１９が形成されることとなる。また、ニップ時の外セル１の偏心移動はゴム撓み、ロール曲がりを含めて、外セル１のロール端で１ｍｍ程度となる。しかし、この程度の隙間であるため外セル１と内セル２のゴム３外周とのすべりは０．５％程度で振動などの問題は無い。

また、開口率が５０％の場合であっても、ゴム３の土手部４ａと外セル１との接触点は十分に確保されている。さらに、内セル２のゴム３の溝４は多重スパイラル構造であるので内セル２のゴム３と外セル１の接触点は、滑らかに連続して移動することとなり外セル１の振動は発生しない。
［ベローズ］
本実施形態のベローズ５は、伸縮性、バネ性、気密シール性を備えた同心円の多段の金属薄板からなる蛇腹である。すなわち、ベローズ５は、図５に示すように２枚のコーン形状の同心円の金属薄板５ｐ１と、２枚の同心円の円筒形状の金属薄板５ｐ２とが交互に配置されて溶接接合されてなるものである。ベローズ５の内周側はフランジ１２に溶接され、外周側は外セル１に溶接されている。フランジ１２は、軸６に嵌め込まれたフランジ１１にボルト８によって締結されている。フランジ１１とフランジ１２との間にはＯリングのシール７によって封止されている。

本実施形態のベローズ５は以下の３機能を有する。
１．内セル２に対して外セル１を偏心させることが可能
２．外セル１と内セル２のトルク伝達をする軸継手機能
３．温調液１６のシール機能
また、上述した蛇腹構造のベローズ５は半径方向には撓むが捻り方向の剛性は高いという特性を有する。このためモータ２７の駆動力はベローズ５を介して高剛性で駆動でき、ロールプレスによる抵抗や外乱、内セル２のゴム３のすベリ抵抗に負けない剛性があり、ロールを滑らかに回転駆動できる。またベローズ５は連続的で継ぎ目なく形成されているノンバックラッシュ構造であり、ガタツキが無く、滑らかな駆動が実現できる。

なお、ベローズ５の構造は、図５に示す構造のほか、以下のような構造も適用可能である。

図８（ａ）および図８（ｂ）はベローズの構成を簡略化したものである。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すベローズ５ａ、５ｂは、図５に示すベローズが４枚の金属薄板からなるものであったのに対し、１枚の金属薄板からなるものとし、かつ屈曲した箇所を減らした例である。部品点数を減らすことでコストの低下および構造の簡単化を図ることができる。なお、図８（ａ）に示す例はフランジ１１、１２が軸６側に配置されている。一方、図８（ｂ）に示す例はフランジ３３がベローズ５ｂが軸６側に配置し、外周側にフランジ３３を配置し、このフランジ３３を外セル１に溶接部３３ａで溶接した構造となっている。

図８（ｃ）は、１枚の金属薄板を折り曲げてベローズ５ｃを形成したものである。図８（ｂ）に示したベローズ５ｂは屈曲させる部分のみ円弧形状とし、他の部分は直線的な形状としていたのに対し、図８（ｃ）に示すベローズ５ｃは全体的に湾曲させている。図８（ｃ）には、外セル１側にベローズ５ｃが配置された例を示しているが、軸側に配置されているものであってもよい。

図８（ｄ）に示すベローズ５ｄは、外セル１にネジ結合されたフランジ３３と、軸６に嵌め込まれ、かつフランジ３３とは軸方向に離れて配置されたフランジ１２との間に設けられている。ベローズ５ｃは上述したベローズ５、５ａ、５ｂのような同心の円筒を繋げて形成された多段の蛇腹形状ではなく、一段の円筒形状からなる。このため、成形ロール２０の径方向のサイズを小型化することができる。ベローズ５ｄの偏心量は、長さ５ｄ’に依存し、フランジ１２とフランジ３３との間の距離が長くなるほど多くなる。ベローズ５ｃは削り出しにより形成されるものであってもよい。図８（ｄ）に示す例では、フランジ３３は外セル１にネジ結合された構成であるため、分解可能である。また、フランジ１２、３３はいずれもシール７により密封構造となっている。

図８（ｅ）に示すベローズ５ｅは、図８（ｄ）に示すベローズ５ｄの断面が直線的なものであったのに対し、波形の断面構造を有する点で異なる。すなわち、ベローズ５ｅは、成形ロール２０の径方向のサイズを小型化することができるとともに、その波形であることにより剛性が低く、ばね常数が小さいので、偏心方向の柔軟性をより高くすることができる。

上述の本実施形態の成形ロール２０は基本的にベローズ５以外に可動部分がない。また、ゴム３とシール７以外は金属性であるため、耐熱、耐圧に強く、従来のロールよりシンプルで耐久性が高い。

なお、外セル１の最終仕上げ加工時には、ロール加工冶具３０を使用する。これは、ベローズ５は研削工具の力に負けて撓み易いためである。ロール加工冶具３０はベローズ５の内側の勘合部２９に嵌めこみ、ボルト８ａで軸６のフランジ１１に固定する。このロール加工冶具３０は外セル１の最終仕上げ加工の際にのみ用いるものであり、加工が終了すると取り外される。

この他、内セル２に対して外セル１を偏心させ、外セル１と内セル２のトルク伝達をする軸継手機能を有し、さらに、温調液１６のシール機能を備える機構を実現するためには、上述したベローズのほか、図９に示す軸継手構造としてもよい。すなわち、図９に示す構成例は、外セル１側にフランジ３３を配し、軸６側にフランジ１２を配しておき、この間を軸継手５ｆで連結し、膜シール７ａで密封構造にするものである。軸継手５ｆは、２枚のハブ５ｆ１と、スペーサ５ｆ２と、複数枚の鋼製薄板であるディスク５ｆ３とからなる。スペーサ５ｆ２は２枚のハブ５ｆ１の間に配置され、複数枚のディスク５ｆ３はハブ５ｆ１とスペーサ５ｆ２との間に配置されている。一方のハブ５ｆ１はフランジ３３にネジ結合され、他方のハブ５ｆ１はフランジ１２にネジ結合されている。ディスク５ｆ３には円周方向に等間隔で貫通穴が形成されており、そのうちの一部の貫通穴はハブ５ｆ１とのネジ結合に用いられ、他の貫通穴はスペーサ５ｆ２とのネジ結合に用いられる。軸継手５ｆは、ハブ５ｆ１とスペーサ５ｆ２とが複数枚の板ばねであるディスク５ｆ３を介して連結されていることで内セル２に対して外セル１を偏心させることができる。また、２枚のハブ５ｆ１は、スペーサ５ｆ２、ディスク５ｆ３、これらを互いに結合するネジにより一体化されているため、外セル１と内セル２のトルク伝達を可能としている。さらに、軸継手５ｆの内側に膜シール７ａを設けていることで温調液１６のシールがなされている。膜シール７ａは繊維強化ゴムシールなどを用いると好適であり、耐圧０．５ＭＰａ程度を達成することができる。なお、軸継手５ｆは、セルの両側に設けるものであってもよいし、あるいは軸継手５ｆをセルの片側のみに設け、他方は上述した各ベローズ５を設けた構成としてもよい。また、図９では、膜シール７ａと軸継手５ｆとを組み合わせた構成を示したが、膜シール７ａに代えて、フランジ３３とフランジ３３側のハブ５ｆ１との間をシールする部材例として端面シールを設ける構成としてもよい。
［外セルの回転ガイド機構］
本実施形態の成形ロール２０は、ベローズ５の偏心方向のバネ剛性を弱くすることで、外セル１の荷重撓みを大きくして偏心反力を弱め、より均等な線圧分布が得られる。また、上述したように、膜シール７ａに代えてフランジ３３とフランジ３３側のハブ５ｆ１との間をシールする部材を設ける構成とすれば、同様に偏心反力が小さくなり、より均一な線圧分布になる。また、本実施形態の成形ロール２０は後述する図１４に示すように、ロール加圧荷重を変えてもより均一な線圧分布が得られる。しかしながら、ベローズ５を多段にしたり薄くすることで半径方向のバネ剛性が過度に弱くなった場合、また成形材料の成形抵抗が大きくなった場合、外セル１の回転がふらつく場合が生じることがある。このような場合、図１０および図１１に示す回転ガイド機構を設けてもよい。なお、図１１は図１０の矢視Ｂ方向から回転ガイド機構をみた図である。

回転ガイド機構３２は、軸受け１４に固定され、２個のローラ３１で外セル１の上端と下端をガイドするものである。ローラ３１は外セル１の両端に接触させてロールの上下方向を拘束保持して上下の振れを防止する。この回転ガイド機構３２を設けることでベローズ５の偏心方向のバネ剛性を弱くしても安定した外セル１の回転が得られる。

また、外セル１を中空軸に接続して専用の外セル軸受を設けてニップ方向にスライド可能に支持してもよい。
［成形ロールの線圧分布］
ベローズ５の剛性はロール回転動作に耐えられるバネ強さは確保しつつも、セル厚さを同じにした一般的な通常ロールの最大撓み剛性の１／５程度としている。負荷印加時には外セル１のベローズ５が大きく撓み、内セル２がゴム３を介して大部分の荷重を支えることとなる。

ここで、図１２にゴム３がクラウン形状でない場合における本実施形態の成形ロール２０の線圧分布を示す。また、図１３にはクラウン形状を有する場合についての計算結果を示す。グラフ右側に撓み量を示し、グラフ左側が線圧を示している。グラフ中の細線の各曲線は外セル１、内セル２、ゴム３の各単独の部材に１００Ｎ／ｃｍの等分布のロール加圧荷重をかけた場合の撓み分布を示している。太線はロール全体の線圧分布を示す。

図１２（ゴム３がクラウン形状でない場合）からは以下のことがわかる。

内セル２の強度は強く、内セル２の撓みは無視できることがわかる。一方、外セル１は、ベローズ５のバネ常数が小さいため、撓みを生じていることがわかる。ゴム３は柔らかいので大きく撓んでおり、外セル１の約５倍程度の撓み量となっているが、クラウン形状でないためフラットな特性となっている。また、成形ロール２０の線圧分布は、クラウンがないのでやや凹型の分布であるが、ほぼフラットな分布が得られ、±９％の範囲内に収まっている。

一方、図１３（ゴム３がクラウン形状を有する場合）からは以下のことがわかる。

ゴム３はクラウン形状を有するため、ゴム単体における撓み量は両端がロール中心よりも少なくなっている。また、成形ロール２０の線圧分布は、ゴム３がクラウン形状を有するため、フラットな分布が得られている。

次に、図１４に、ロール加圧荷重を変えた場合の線圧分布の変化を示す。

図１３に示した例はロール加圧荷重として１００Ｎ／ｃｍを印加した例を示したが、図１４には５０Ｎ／ｃｍ、１００Ｎ／ｃｍ、２００Ｎ／ｃｍの３種類変化させた場合の成形ロール２０の各線圧分布を示している。すなわち、図１４は、図１３に示したロール加圧荷重に対して、ロール加圧荷重を１／２倍、２倍にした例を併せて示している。なお、ゴム３の形状はいずれもクラウン形状を有するものである。

ロール加圧荷重を２倍にした場合、線圧分布はやや凹形になるもののその変動幅は±４．５％の範囲内に収まっている。また、ロール加圧荷重を１／２にした場合、線圧分布はやや凸形になるがその変動幅は±９％の範囲内に収まっている。このように本実施形態の成形ロール２０によれば、ロール加圧荷重を合計４倍に変化させても線圧分布の変動幅は±９％以下のフラットな線圧が得られる。また本実施形態の成形ロール２０によれば、ロール加圧荷重を合計４倍以上変化させて変動幅は増加するもののほぼフラットな線圧で使用できる。

本実施形態の成形ロール２０は、ベローズの撓み追従性を利用することでロール加圧荷重を４倍以上変化させてもほぼ均一な線圧が得られるので、薄肉シートの成形に好適である。すなわち、シート厚が０．５ｍｍ以下の薄肉シートの場合、シートの厚さムラによりロールプレスできない部分が生じ易い。この部分は鏡面にならないのでロールの一方にフレキシブルな追従性があったほうが良い。本実施形態の成形ロール２０の場合、ロール加圧荷重を高くして線圧を大きくすることでシート厚さむらに対応でき、プレスできない部分を解消できる。

また、本実施形態の成形ロール２０は、シート状材料として食品・薬品・アモルファス金属を急速冷却する冷却用ロールとして用いることができる。温調液１６は常温の水、オイルとしてもよい。また、温調液１６は冷媒用フロンガス、アンモニアなどのガス・液にして冷却用ロールとしてもよく、この場合、ロール内部は−２５℃、負圧の状態になる。

また、本実施形態の成形ロール２０は、加熱・冷却を伴わない均一ニップ用ロールとしても利用できる。

また、本実施形態の成形ロール２０は、内セル２と外セル１との強度を厳格に定める必要は無く、互いの強度を同等にしても均一ニップが得られる。しかしながら本実施形態の成形ロール２０は、荷重を受ける内セル２の強度を大きくして外セル１を薄く、軽量に造るのが基本である。また相手ロール２１は高剛性に造ると好適である。また本実施形態の成形ロールを線圧を大きくして用いる場合、内セル２と外セル１との強度を大きくし、ゴム硬度も高くして高剛性な均一ニップロールに設計すると好適である。

また、本実施形態の成形ロール２０は、既存の成形ロールと同じ外形形状に造れば、交換でき、古い設備に本ロールを適用、交換して使用できる。軸受け１４、モータ２７、ロータリジョイント２８などは流用できる。均一ニップ（線圧）を得る油圧装置や制御装置は不要である。

以上、本実施形態の成形ロールによれば、以下の効果を得ることができる。
１．装置が簡単でシンプルな構造（コストが低い）
ベローズ５の撓みと使用実績があるゴムロール構造を利用しているので機械的にスライドする部品が無く、シンプルな構造で安価にできる。
２．成形ロールとして、成形材料に対する冷却、加熱能力が高い
温調機能が必要な樹脂フィルム・シート成形用途では成形ロール２０内部の内セル２のゴム３に多数の温調液用溝があり、外セル１と直接に温調液１６が接しているので成形ロールとして、シートに対する冷却、加熱能力が高い。このためシートを急冷でき、透明シートを成形する場合、高い透明度を得ることができる。
３．高温、高圧での耐久性が高い
樹脂ＰＣ（ポリカーポネート）シートは溶融押し出し時３００℃でロールは１５０℃に温度調整することが必要である。温調液１６にはオイルあるいは加熱水が利用されるが、一般的には加熱水が使われている。本実施形態の成形ロール２０の、ベローズ５は、温調液１６として０．５ＭＰａに加圧した加熱水に対する耐用性を有する。また、ゴム３の材質はシリコンゴムとすることで温度１８０℃迄使用できる。本実施形態の成形ロール２０は内セル２のゴム３とフランジ１２のＯリングシール以外は金属製であるため、それらの材料を高温に耐える材料にすれば１８０℃以上の高温、高圧に耐え得るものとすることができる。また、ベローズ以外の軸継手、シールでも高温高圧に耐え得る構造にすることができる。

本実施形態の成形ロール２０は、ベローズ５が外セル１を内セル２に対して偏心可能に連結保持しているため、ロール加圧荷重を０．５倍〜２倍に変化させてもほぼ均一な線圧分布が得られる。

本発明の成形ロールを適用した一例であるフィルム成形機の構成図である。図１に示す本発明の成形ロールのＡ−Ａ線における断面図である。本発明の成形ロールの負荷時と無負荷時におけるロール動作を説明する成形ロールの軸方向断面図である。本発明の成形ロールの内セル、ゴムおよび外セルの構成を説明するための一部拡大図である。本発明の成形ロールのベローズ部分を説明するための詳細な断面図である。開口率を高めた溝形状の一例を示す溝部分の一部拡大図である。開口率を高めた溝形状の他の例を示す溝部分の一部拡大図である。本発明の連結手段として適用可能なベローズの例を示す成形ロールの一部断面図である。本発明の連結手段として適用可能な軸継手を示す成形ロールの一部断面図である。回転ガイド機構の構成を示す図である。図１０の矢視Ｂ方向から回転ガイド機構をみた図である。ゴムがクラウン形状でない場合における本発明の成形ロールの線圧分布図である。ゴムがクラウン形状を有する場合における本発明の成形ロールの線圧分布図である。ロール加圧荷重を変えた場合の本発明の成形ロールの線圧分布図である。従来の成形ロールの線圧分布の計算結果の一例を示す線圧分布図である。

符号の説明

１外セル
２内セル
３ゴム
４溝
４ａ土手部
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅベローズ
５ｆ軸継手
５ｆ１ハブ
５ｆ２スペーサ
５ｆ３ディスク
５ｐ１、５ｐ２金属薄板
６軸
７シール
７ａ膜シール
８、８ａボルト
１０段差
１１、１２、３３フランジ
１３パイプ
１５穴
１６温調液
１９隙間
２０、２１、２２、２３成形ロール
２４ダイ
２５シート
２７モータ
２８ロータリジョイント
２９勘合部
３０ロール加工冶具
３１ローラ
３２回転ガイド機構
３３ａ溶接部

Claims

外セル（１）と、前記外セル（１）内に設けられた内セル（２）と、前記内セル（２）を被覆するゴム（３）と、前記内セル（２）を保持する軸（６）とを有する二重管構造の成形ロールにおいて、
前記外セル（１）は、前記内セル（２）に対して偏心可能なように前記外セル（１）の端部にて前記外セル（１）と前記軸（６）とを連結する連結手段（５）を有することを特徴とする成形ロール。
前記連結手段（５）は金属薄板で形成されており、前記外セル（１）内を流れる温調液（１６）を封止する、請求項１に記載の成形ロール。
前記連結手段（５）は金属薄板を屈曲させて形成されている、請求項２に記載の成形ロール。
前記ゴム（３）の表面に前記軸（６）の軸方向に、前記外セル（１）に向けて開口した複数の溝（４）が形成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の成形ロール。
前記ゴム（３）は、ロール幅方向の中央部を端部よりも大径のクラウン形状に形成されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の成形ロール。