JP2008055785A - シート・フィルム成形ロール - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉金属外筒温度のロール全域に亘る平準化を改善し、高精度、高品質のシート・フイルム成形を行うこと。
【解決手段】薄肉金属外筒１０と熱媒体が流れる熱交換流路５１との間に、遊動熱媒体室（外側遊動熱媒体室５２と内側遊動熱媒体室５３）が存在し、薄肉金属外筒１０と熱交換流路５１との間に、遊動熱媒体室の遊動熱媒体が介在する構造とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、シート・フィルム成形ロールに関し、特に、タッチロール方式のフィルム成形機にタッチロール（押えロール）として用いられるシート・フィルム成形ロールに関するものである。

タッチロール方式のフィルム成形機にタッチロールとして用いられるシート・フィルム成形ロールとして、可撓性を有する薄肉金属外筒と、冷却流体の流送空間をあけて前記薄肉金属外筒に同一軸心状に内嵌される高剛性の金属内筒とからなる二重筒により構成したものがある（例えば、特許文献１）。
特開平１１−２３５７４７号公報

特許文献１に示されている従来のシート・フィルム成形ロールは、二重筒構造で、薄肉金属外筒の内側が直接に冷却流体の流送空間となっているから、つまり、薄肉金属外筒と熱交換する内部熱媒体層が一層であることから、薄肉金属外筒の温度が、内部熱媒体層における熱媒体の熱媒体入口側と熱媒体出口側（ロール軸線方向）との間の温度勾配、ばらつき、内部熱媒体層のロール径方向の熱媒体の温度勾配、ばらつきの影響を直接受け、薄肉金属外筒の温度が平準化され難い。このことは、シート・フィルム成形の精度、品質に支障をきたす。特に、成形時の温度依存性が大きい樹脂によるシート・フィルム成形では、影響が大きい。

この発明が解決しようとする課題は、薄肉金属外筒温度のロール全域に亘る平準化が改善され、高精度、高品質のシート・フィルム成形を行うことである。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、可撓性を有する薄肉金属外筒と、前記薄肉金属外筒の左右両側の筒端開口を各々液密に閉じ、前記薄肉金属外筒と同心の支持軸部を有する左右の側部部材と、前記薄肉金属外筒の内側において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された強度維持金属内筒と、前記薄肉金属外筒の内側で、前記強度維持金属内筒より外側の位置において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された熱交換内筒と、前記薄肉金属外筒の内側で、前記熱交換内筒より外側の位置において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された通液性を有する多孔金属筒体とを有し、前記熱交換内筒は前記強度維持金属内筒との間に円環状断面の熱交換流路を画定し、前記強度維持金属内筒の一方の端部側には前記熱交換流路に熱媒体を流入する熱媒体流入口が形成され、前記強度維持金属内筒の他方の端部側には前記熱交換流路より熱媒体を外部に流出する熱媒体流出口が形成され、前記熱交換内筒は前記薄肉金属外筒との間に円環状断面の遊動熱媒体室を画定し、前記熱交換内筒には前記熱交換流路と前記遊動熱媒体室とを連通接続する連通孔が形成されている。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、更に、前記薄肉金属外筒の内側で、前記熱交換内筒より外側の位置において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された通液性を有する多孔金属筒体を有し、前記多孔金属筒体は、前記遊動熱媒体室を前記薄肉金属外筒の側と熱交換内筒の側とで、外側遊動熱媒体室と内側遊動熱媒体室とに区分している。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、前記熱交換内筒は前記内側遊動熱媒体室の側の外周面に熱交換フィンを有する。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、前記熱交換内筒は前記内側遊動熱媒体室の側の外周面にスパイラル溝を有する。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、前記薄肉金属外筒の肉厚が、０．００２≦薄肉金属外筒の外径≧０．０２の範囲である。より好ましくは、前記薄肉金属外筒の肉厚は、薄肉金属外筒の外径の０．０１の値であればよい。

この発明によるシート・フィルム成形ロールによれば、薄肉金属外筒と熱媒体が流れる熱交換流路との間に、遊動熱媒体室（外側遊動熱媒体室と内側遊動熱媒体室）が存在し、薄肉金属外筒と熱交換流路との間に、遊動熱媒体室の遊動熱媒体が介在することにより、薄肉金属外筒の温度が、熱交換流路における熱媒体の熱媒体流入口側と熱媒体流出口側（ロール軸線方向）のとの間の温度勾配、ばらつき、熱交換流路のロール径方向の熱媒体の温度勾配、ばらつきの影響を受けることが緩和され、薄肉金属外筒の全域の温度の平準化が改善される。これにより、シート・フィルム成形の精度、品質の向上を図ることができ、成形時の温度依存性が大きい樹脂によるシート・フィルム成形にも適切に対応できるようになる。

この発明によるシート・フィルム成形ロールの一つの実施形態を、図を参照して説明する。

シート・フィルム成形ロールは、可撓性を有する薄肉金属外筒１０と、金属製の剛体構造の強度維持金属内筒２０と、熱交換内筒３０と、通液性を有する多孔金属筒体４０とを互いに同心に有する四重筒構造になっている。

薄肉金属外筒１０は、ステンレス鋼等により円筒状に構成され、適度に弾性変形可能である条件を満たして上で、ロール表面の仕上げ加工を機械的な加工により行える所要の剛性を有する。このことを満足する薄肉金属外筒１０の肉厚（有効ロール部１０Ｃの肉厚）は、薄肉金属外筒１０の外径が２５０〜５００ｍｍ程度であると、１．０〜５．０ｍｍである。

薄肉金属外筒１０の肉厚１．０ｍｍがロール外筒としてロール表面を正しく機械加工できる限界値であり、それ未満であると、ロール表面を正しく機械加工することができない。薄肉金属外筒１０の肉厚５．０ｍｍは、ロール外筒がシート・フィルム成形において適度に弾性変形する限界値であり、それを超えた値であると、適度に弾性変形することができない。

このようなことから、薄肉金属外筒１０の肉厚は、０．００２≦薄肉金属外筒１０の外径≧０．０２の範囲であればよい。より好ましくは、薄肉金属外筒１０の肉厚は、薄肉金属外筒１０の外径の０．０１の値であればよい

薄肉金属外筒１０の左右両側には、各々、剛体構造の左右の側部部材１１、１２が液密に固定装着されている。側部部材１１、１２は、薄肉金属外筒１０の左右両側の筒端開口（外筒１０の軸線方向両端の開口）を各々液密に閉じ、薄肉金属外筒１０と同心の支持軸部１３、１４を有する。側部部材１１、１２は、フランジ部１１Ａ、１２Ａを薄肉金属外筒１０の筒端部に挿入され、この挿入部において溶接等によって薄肉金属外筒１０と一体化されている。フランジ部１１Ａ、１２Ａを挿入される部分（取付代部）１０Ａ、１０Ｂの薄肉金属外筒１０の肉厚は、接続強度保持のために、上述した部分（有効ロール部１０Ｃ）の肉厚より厚くなっている。

強度維持金属内筒２０は、４重筒構造のもっとも内側に存在する金属製円筒体であり、ロールの主剛性と強度維持のために十分な肉厚を有して剛体構造をなし、薄肉金属外筒１０の内側において左右の側部部材１１、１２のフランジ部１１Ａ、１２Ａ間に薄肉金属外筒１０と同心に掛け渡し固定されている。

熱交換内筒３０は、防錆処理された鋼材等により構成された円筒体であり、薄肉金属外筒１０の内側で、強度維持金属内筒２０より外側の位置において左右の側部部材１１、１２フランジ部１１Ａ、１２Ａ間に薄肉金属外筒１０と同心に掛け渡し固定されている。

多孔金属筒体４０は、ステンレス鋼製パンチングメタル等により構成された通液性を有する円筒体であり、薄肉金属外筒の内側で、熱交換内筒３０より外側の位置において左右の側部部材１１、１２のフランジ部１１Ａ、１２Ａ間に薄肉金属外筒１０と同心に掛け渡し固定されている。

熱交換内筒３０は強度維持金属内筒２０との間に円環状断面の熱交換流路５１を画定している。熱交換流路５１は薄肉金属外筒１０の有効ロール部１０Ｃの全域に亘って存在する。

強度維持金属内筒２０の側部部材１２側の端部側には強度維持金属内筒２０の内側の熱媒体供給室２７より熱交換流路５１に熱媒体を流入する熱媒体流入口２１が開口形成されている。強度維持金属内筒２０の側部部材１１側の端部側には熱交換流路５１より熱媒体を強度維持金属内筒２０の内側の熱媒体排出室２８に流出する熱媒体流出口２２が開口形成されている。

強度維持金属内筒２０内には左右の端部近傍部に各々仕切板２３、２４が固定装着されている。仕切板２３は側部部材１１との間に熱媒体排出室２８を画定している。仕切板２４は側部部材１２との間に熱媒体供給室２７を画定している。仕切板２３、２４には内部筒体２５が薄肉金属外筒１０と同心に掛け渡し固定されている。内部筒体２５は内側が熱媒体供給路２６になっており、熱媒体供給路２６は先端にて熱媒体供給室２７に連通している。

側部部材１１の中心部には中心孔１５が貫通形成されている。中心孔１５内には内部管１６が同心配置されており、内部管１６の内側が熱媒体流入路１７に、外側が熱媒体流出路１８になっている。内部管１６は先端にて内部筒体２５に連結されており、熱媒体流入路１７は熱媒体供給路２６に連通接続されている。

これにより、熱媒体流入路１７に供給された冷却水等による熱媒体は、熱媒体供給路２６、熱媒体供給室２７を通って熱媒体流入口２１より熱交換流路５１内に流入し、熱交換流路５１を側部部材１２の側から側部部材１１の側へ専ら軸流状流れ（ロール軸線方向の流れ）をもって流れる。これにより、熱媒体流入路１７は熱媒体によって満たされる。熱交換流路５１の側部部材１１の側へ流れた熱媒体は、熱媒体流出口２２より熱媒体排出室２８へ流出し、熱媒体流出路１８を通ってロール外へ排出される。

熱交換流路５１を流れる熱媒体は、ロールと樹脂との間で熱交換を行う流体として、別途設置される温調ユニットにより、厳密で高精度な温度制御のもとに所定流量をもって循環する。熱交換流路５１を流れる熱媒体は、熱交換内筒３０との間に熱交換を行うから、熱交換熱媒体と云うことができる。

多孔金属筒体４０は、外側の薄肉金属外筒１０との間に円環状断面の外側遊動熱媒体室５２を、内側の熱交換内筒３０との間に円環状断面の内側遊動熱媒体室５３を各々画定ししている。外側遊動熱媒体室５２、内側遊動熱媒体室５３は、ともに薄肉金属外筒１０の有効ロール部１０Ｃの全域に亘って存在する。

熱交換内筒３０の側部部材１１側と側部部材１２側の各々の端部側には熱交換流路５１と内側遊動熱媒体室５３とを連通接続する連通孔３１、３２が明けられている。これにより、熱交換流路５１と内側遊動熱媒体室５３、外側遊動熱媒体室５２との間で、熱媒体が出入することができる。なお、連通孔３１、連通孔３２の口径は、熱媒体流入口２１、熱媒体流出口２２の口径より小さい。

熱交換内筒３０の外周面、つまり熱交換内筒３０の内側遊動熱媒体室５３の側の面には、熱交換内筒３０のほぼ全域に亘ってスパイラル溝３３が形成されている。そして、隣接するスパイラル溝３３間が熱交換フィン３４になっている。

熱媒体流入口２１より熱交換流路５１内に流入した熱媒体の一部は連通孔３１、３２より内側遊動熱媒体室５３へ流れる。内側遊動熱媒体室５３に流入した熱媒体は、更に、多孔金属筒体４０の内部多孔を通過して外側遊動熱媒体室５２へ流れる。これにより、内側遊動熱媒体室５３と外側遊動熱媒体室５２は、ともに熱媒体によって満たされる。内側遊動熱媒体室５３、外側遊動熱媒体室５２を満たす熱媒体は、内側遊動熱媒体室５３、外側遊動熱媒体室５２内で遊動する遊動熱媒体と云うことができる。

このように、薄肉金属外筒１０と熱交換熱媒体が流れる熱交換流路５１との間に、遊動熱媒体室（外側遊動熱媒体室５２と内側遊動熱媒体室５３）が存在し、薄肉金属外筒１０と熱交換流路５１との間に、遊動熱媒体室の遊動熱媒体が介在することにより、遊動熱媒体が温度緩衝帯となり、薄肉金属外筒１０の温度が、熱交換流路１０における熱交換熱媒体の熱媒体流入口２１側と熱媒体流出口２２側（ロール軸線方向）との間の温度勾配、ばらつき、熱交換流路のロール径方向の熱媒体の温度勾配、ばらつきの影響を受けることが緩和され、薄肉金属外筒１０の全域の温度の平準化が改善される。

更に、内側遊動熱媒体室５３の遊動熱媒体は、スパイラル溝３３に案内されて内側遊動熱媒体室５３内を側部部材１２の側から側部部材１１の側へ熱交換内筒３０の外周を取り巻くスパイラル流に整流されて比較的緩慢（熱交換流路５１の流れより低速な流れ）に流れる。これにより、遊動熱媒体を媒体とするロール軸線方向の熱移動が促進され、内側遊動熱媒体室５３のロール軸線方向の温度分布の均一が図られる、これに伴い薄肉金属外筒１０の全域の温度の平準化がより効果的に改善される。

また、シート・フィルム成形時に、薄肉金属外筒１０が弾性変形することに伴う外側遊動熱媒体室５２の体積変化によって外側遊動熱媒体室５２の遊動熱媒体が多孔金属筒体４０の内部多孔を通過して外側遊動熱媒体室５２に対して出入りする。この遊動熱媒体のロール径方向の流れによりロール径方向の熱移動が促進され、外側遊動熱媒体室５２の径方向の温度分布の均一が図られる。これに伴い薄肉金属外筒１０の全域の温度の平準化がより効果的に改善される。

外側遊動熱媒体室５２、内側遊動熱媒体室５３の遊動熱媒体の熱膨張、熱収縮が生じると、連通孔３１、３２によって外側遊動熱媒体室５２、内側遊動熱媒体室５３と熱交換流路５１との間に熱媒体の出入が生じ、遊動熱媒体の熱膨張、熱収縮による外側遊動熱媒体室５２、内側遊動熱媒体室５３の内圧変化が回避される。

そして、内側遊動熱媒体室５３における遊動熱媒体と熱交換流路５１を流れる熱交換熱媒体との間で、熱交換内筒３０を介して熱交換が行われ、内側遊動熱媒体室５３側の熱媒体の冷却が行われる。この熱交換は、熱交換内筒３０の熱交換フィン３４によって促進される。

これらのことにより、薄肉金属外筒１０の温度管理が適切に行われ、シート・フィルム成形の精度、品質の向上を図ることができ、高精度な鏡面を転写されて均一で平滑な光学的特性を付与したシート・フイルムや賦形付与のシート・フィルムの成形を行うことができる。また、成形時の温度依存性が大きい樹脂によるシート・フィルム成形にも適切に対応できるようになる。

以下に、本実施形態のシート・フィルム成形ロールの特徴を要約する。
（１）薄肉金属外筒（ロール本体）は、膜構造の機械的脆弱性をなくし、必要な剛性を有するから、ロール表面の処理・仕上には多様な処置が採用でき、且つ機械的な加工を施すことが可能となる。また、ロール本体の表面硬度、本体剛性や強度の選択範囲が広い。

（２）薄肉金属外筒は必要な剛性を有するから、膜構造では成し得ない、成形品の表面に、相手ロールに表面加工された賦形を付与することができる。

（３）ロール全体が完全な同心一体構造であるため、回転時のアンバランスを生じることがなく、高速運転に対応できる。

（４）外側遊動熱媒体室の遊動熱媒体は、ロール径方向の熱移動を容易にする多孔金属筒体により、熱交換流のロール径方向の流れを整流し、ロール径方向の移動を促進する。また、内側遊動熱媒体室の遊動熱媒体は、外周側にスパイラル溝を持ったフィン付の熱交換内筒により、円周方向、軸線方向の熱移動を容易にする。これら一連の熱移動の機構は、成形時のロール本体の弾性変形による変位が、遊動熱媒体の体積変化をもたらし、この体積変化が上記の熱移動流を発生・促進する。

これにより、熱交換が一層からなるロールと比較して、遊動熱媒体が介在することで、熱交換流路の熱交換熱媒体の入口側と出口側との間の温度勾配やロール径方向の温度むらの影響が緩和され、成形時の温度依存性の大きい樹脂の成形にも対応できる。熱交換内筒は、連通孔を有し、遊動熱媒体室と熱交換流路とを連通していて、遊動熱媒体室の内圧が、熱媒体の膨張、収縮によって変化しないようにしている。

（５）ロール本体の必要剛性とシートフィルムの成形には、密接な関係があり、薄肉金属外筒の外径の０．１のロール肉厚は、上記に示す成形のための全幅均一で平準化された熱交換性を備え、賦形成形にも対応できる剛性を備える設定値である。

この発明によるシート・フィルム成形ロールの一つの実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 薄肉金属外筒
１１、１２ 側部部材
１３、１４ 支持軸部
１５ 中心孔
１６ 内部管
１７ 熱媒体流入路
１８ 熱媒体流出路
２０ 強度維持金属内筒
２１ 熱媒体流入口
２２ 熱媒体流出口
２３、２４ 仕切板
２５ 内部筒体
２６ 熱媒体供給路
２７ 熱媒体供給室
２８ 熱媒体排出室
３０ 熱交換内筒
３１、３２ 連通孔
３３ スパイラル溝
３４ 熱交換フィン
４０ 多孔金属筒体
５１ 熱交換流路
５２ 外側遊動熱媒体室
５３ 内側遊動熱媒体室

Claims (5)

1. 可撓性を有する薄肉金属外筒と、
   前記薄肉金属外筒の左右両側の筒端開口を各々液密に閉じ、前記薄肉金属外筒と同心の支持軸部を有する左右の側部部材と、
   前記薄肉金属外筒の内側において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された強度維持金属内筒と、
   前記薄肉金属外筒の内側で、前記強度維持金属内筒より外側の位置において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された熱交換内筒とを有し、
   前記熱交換内筒は前記強度維持金属内筒との間に円環状断面の熱交換流路を画定し、
   前記強度維持金属内筒の一方の端部側には前記熱交換流路に熱媒体を流入する熱媒体流入口が形成され、前記強度維持金属内筒の他方の端部側には前記熱交換流路より熱媒体を外部に流出する熱媒体流出口が形成され、
   前記熱交換内筒は前記薄肉金属外筒との間に円環状断面の遊動熱媒体室を画定し、
   前記熱交換内筒には前記熱交換流路と前記遊動熱媒体室とを連通接続する連通孔が形成されているシート・フィルム成形ロール。
2. 前記薄肉金属外筒の内側で、前記熱交換内筒より外側の位置において前記左右の側部部材間に前記薄肉金属外筒と同心に掛け渡し固定された通液性を有する多孔金属筒体を有し、前記多孔金属筒体は、前記遊動熱媒体室を前記薄肉金属外筒の側と熱交換内筒の側とで、外側遊動熱媒体室と内側遊動熱媒体室とに区分している請求項１に記載のシート・フィルム成形ロール。
3. 前記熱交換内筒は前記内側遊動熱媒体室の側の外周面に熱交換フィンを有する請求項１または２に記載のシート・フィルム成形ロール。
4. 前記熱交換内筒は前記内側遊動熱媒体室の側の外周面にスパイラル溝を有する請求項１〜３の何れか一項に記載のシート・フィルム成形ロール。
5. 前記薄肉金属外筒の肉厚が、０．００２≦薄肉金属外筒の外径≧０．０２の範囲である請求項１〜４の何れか一項に記載のシート・フィルム成形ロール。
   

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