JP2010143212A

JP2010143212A - 成形用ロール装置

Info

Publication number: JP2010143212A
Application number: JP2008326617A
Authority: JP
Inventors: Norifumi Kazama; 憲文風間
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01

Abstract

【課題】金属弾性ロール内での冷却流体の流れを均一にしてロール表面全体の温度調整を精密に行うことができる成形用ロール装置の提供。
【解決手段】軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、１対の成形ロールの少なくとも一方の押さえロール５が、ロール端板１６ａ，１６ｂを有するロール軸と、両端側がロール端板を介してロール軸に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒１１と、該薄肉金属外筒１１との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒１４とを備えて二重筒で構成され、流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、金属内筒１４の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒１４の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材２２を設けた成形用ロール装置。
【選択図】図２

Description

本発明は成形用ロール装置に関するものであり、特に、軟化した熱可塑性樹脂を回転している１対の成形ロール間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置に関するものである。

従来、光学シートを製造する場合、押出ダイから軟化した熱可塑性樹脂材が押出され、該熱可塑性樹脂材を回転している１対の金属ロール間に供給し、かつ、該１対の金属ロールにより加圧しながら該熱可塑性樹脂材を通過させて所定の光学シートを製造している。この光学シートの製造方法では、光学的な機能を持ったシートを作る場合、厚さにある程度の均一性を持たせることが要求される。さらに、光学的機能に必要な平滑面や表面形状を該シートに一定の賦形率で転写させることが必要とされる場合もある。

また、近年、装置の薄型軽量化を図るために、光学シート自体を軽量化することが求められ、これに伴って光学シートの厚みを薄くすることも要求されている。さらに、光学シートがレンズシートの場合、高精細化（ファインピッチ化）のためにレンズを小さくして焦点距離を短くしたり、他のレンズシート等との干渉によるモアレを回避する必要がある。

しかしながら、このような押出し成形による製造方法では、光学的機能を持った形状の薄物シートを、その厚みに精度を持たせて製造することが困難であった。この理由として、光学シートの厚みを薄くすると、樹脂圧力と金属ロールの加圧力並びに金属ロールの剛性とのバランスが悪化して該金属ロールが撓み、この結果、該金属ロールで薄物シートの中央部分を押すことができなくなり、均―な厚さ分布が得られなくなることがあげられる。

そこで、従来、このような問題を解決するために、表面が樹脂圧力に見合った弾性変形を生じさせることができるようにした金属ロール（以下「金属弾性ロール」という）を使用する成形方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の金属弾性ロールは、軸部材と、該軸部材に一体回転可能に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒の内面との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて、二重筒に構成されている。また、このように金属弾性ロールを使用した場合には、ロール表面の温度を精密に調整する必要がある。そこで、特許文献１の金属弾性ロールの構造では、冷却流体を金属内筒の一端側から流送空間内に冷却流体を供給し、かつ、該金属内筒の他端側から排出するようにして流し、該薄肉金属外筒が所定温度に保たれるように温度制御を行っている。
特開平１１−１１５０３６号公報。

しかしながら特許文献１に記載の発明は、冷却流体を流す流送空間内が単に空間として形成されているので、該流送空間内を冷却流体がスムーズに流れず、部分的に流れが滞り、均一に流れないことが生じる。このため、金属弾性ロールにおけるロール表面全体の温度を精密に調整することが困難であるという問題があった。

そこで、金属弾性ロール内での冷却流体の流れを均一にしてロール表面全体の温度調整を精密に行うことができるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、前記１対の成形ロールの少なくとも一方のロールが、ロール端板を有する軸部材と、両端側が前記ロール端板を介して前記軸部材に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて二重筒で構成され、前記流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、前記金属内筒の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材部材を設けた成形用ロール装置を提供する。

この構成によれば、金属内筒の外周表面に設けられている螺旋状のガイド壁部材が、流送空間内において冷却流体を螺旋状にガイドして流す。そして、この螺旋状の流れにより、該冷却流体は薄肉金属外筒の内周表面全体に対して均一に接触し、ロール表面の温度が均一になるように調整する。

請求項２記載の発明は、軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、前記１対の成形ロールの少なくとも一方のロールが、ロール端板を有する軸部材と、両端側が前記ロール端板を介して前記軸部材に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて二重筒で構成され、前記流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、前記金属内筒の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材を設け、かつ、前記薄肉金属外筒の内周表面に、円周方向の溝または該薄肉金属外筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む溝を形成している凹凸部を設けた成形用ロール装置を提供する。

この構成によれば、金属内筒の外周表面に設けられている螺旋状のガイド壁部材が、流送空間内において冷却流体を螺旋状にガイドして流す。そして、この螺旋状の流れにより、該冷却流体は薄肉金属外筒の内周表面全体に対して均一に接触し、ロール表面の温度が均一になるように調整する。また、前記薄肉金属外筒の内側に、円周方向の溝または該薄肉金属外筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む溝を形成するようにして設けられている凹凸部が、冷却流体から薄肉金属外筒に作用する伝熱効率を改善し、ロール外表面の温度がより一層均一になるように調整する。

請求項１記載の発明は、冷却流体が流送空間内を螺旋状に流されて薄肉金属外筒の内表面全体と均一に接触し、該薄肉金属外筒におけるロール表面全体の温度が均一になるように調整するので、該ロール表面の温度調整を精密に行うことができる。

請求項２記載の発明は、冷却流体が流送空間内を螺旋状に流されて薄肉金属外筒の内表面全体と均一に接触し、該薄肉金属外筒におけるロール表面全体の温度が均一になるように調整するとともに、薄肉金属外筒の内側に設けられている凹凸部が冷却流体から薄肉金属外筒に作用する伝熱効率を改善してロール外表面の温度がさらに均一になるように調整するので、ロール表面の温度調整をより一層精密に行うことができる。

本発明は、金属弾性ロール内での冷却流体の流れを均一にしてロール表面全体の温度調整を精密に行うことができるようにするという目的を達成するために、軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、前記１対の成形ロールの少なくとも一方のロールが、ロール端板を有する軸部材と、両端側が前記ロール端板を介して前記軸部材に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて二重筒で構成され、前記流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、前記金属内筒の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材を設けたことにより実現した。

以下、本発明の成形用ロール装置について、好適な実施例をあげて説明する。図１は本発明を適用した成形用ロール装置の一実施例を示す側面図である。同図において、成形用ロール装置１は、互いに並行に配設された主ロール４と押さえロール５との間に、押出成型機２から押出ダイ３を介して軟化した熱可塑性樹脂材６(以下、「溶融樹脂６」という)が供給される。また、該供給された溶融樹脂６は、回転している両ロール４,５に挟圧されて後方に送出されて行く。そして、挟圧時に該溶融樹脂６が正確な厚みのシートに伸延されるとともに、該溶融樹脂６にロール４,５の外周表面に設けられている鏡面またはエンボス模様が該シートに転写されて所定の光学シートが形成されるように構成されている。

これら前記ロール４,５は、多くの場合、径が２００〜６００ｍｍで、また内部の中空部に水やオイル等の冷却流体が供給されてロール４,５の外周表面を適正な温度に保持し、軟化している溶融樹脂６を適正な温度に冷却するように構成されている。また、前記主ロール４は高剛性の金属ロールであって、かつ、前記押さえロール５はロール表面が弾性変形可能な金属弾性ロールにて形成されている。

図２は前記押さえロール５の軸方向断面図であり、図３は該押さえロール５における金属内筒の側面図、図４は図２のＥ部拡大図である。同図において、該押さえロール５は、可撓性を有する継目無し炭素鋼製の薄肉金属外筒１１と、該薄肉金属外筒１１との間に冷却流体（例えば、水やオイル）１２用の流送空間１３を設けて、該薄肉金属外筒１１内に同一心状に収容された炭素鋼製の金属内筒１４とからなる二重筒の金属弾性ロールとして構成されている。

さらに詳述すると、前記押さえロール５は、ロール軸１５ａ,１５ｂと、該ロール軸１５ａ,１５ｂに同心状に取り付けられた円盤状のロール端板１６ａ,１６ｂとでなる軸部材１７を有している。また、ロール端板１６ａ,１６ｂには、それぞれ前記薄肉金属外筒１１が取り付けられる大径外周部１８ａと該大径外周部１８ａよりも内側に位置して前記金属内筒１４が取り付けられる小径外周部１８ｂが設けられている。さらに、ロール軸１５ａとロール端板１６ａの軸心部には流体供給通路１７ａが設けられ、ロール軸１５ｂとロール端板１６ｂの軸心部には流体排出通路１７ｂが設けられている。

そして、前記薄肉金属外筒１１は、該薄肉金属外筒１１の両端側の開口部に前記両ロール端板１６ａ,１６ｂの大径外周部１８ａ,１８ａをそれぞれ嵌合させて、該両ロール端板１６ａ,１６ｂ間に該薄肉金属外筒１１の両側開口部が各々閉塞された状態で取り付けられている。

一方、金属内筒１４は、該金属内筒１４の両端側の開口部に両ロール端板１６ａ,１６ｂの小径外周部１８ｂ,１８ｂをそれぞれ嵌合させ、該金属内筒１４の両側開口部が該両ロール端板１６ａ,１６ｂにより閉塞された状態で該両ロール端板１６ａ,１６ｂ間に取り付けられている。

また、金属内筒１４の両端内側には、該金属内筒１４内の両端側にそれぞれ前記ロール端板１６ａ,１６ｂと共に流送空間１９,１９を形成している隔壁２０,２０が、該金属内筒１４内を各々前後に仕切るようにして取り付けられている。

なお、該金属内筒１４の両端部には、それぞれ該金属内筒１４内の流通空間１９に対応して、該流通空間１９と前記流通空間１３を連通するための冷却流体通過孔２１が円周方向に沿って複数設けられている。

さらに、金属内筒１４の外周面には、一端側（ロール端板１６ａ側）から他端側（ロール端板１６ｂ側）に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のステンレス鋼製のガイド壁部材２２が、該外周面より外方（薄肉金属外筒１１）の内周表面側に突出して設けられている。該ガイド壁部材２２は、図２〜図４に示すように断面三角形にして形成されているが、これ以外に例えば断面逆Ｕ字形あるいは断面四角形、断面台形等であってもよい。

次に、このように構成された押さえロール５の作用を説明する。冷却流体１２は、ロータリージョイント（図示せず）を介して流体供給通路１７ａに供給される。該流体供給通路１７ａに供給された冷却流体１２は、ロール端板１６ａと隔壁２０の間の流送空間１９に送られ、さらに冷却流体通過孔２１,２１…を通過して薄肉金属外筒１１と金属内筒１４との間の流送空間１３内に送られる。

該流送空間１３内では、金属内筒１４の外周面に螺旋状のガイド壁部材２２が設けられているため、冷却流体１２が螺旋状に流れて薄肉金属外筒１１の内周面全体に対して均一に接触し、該薄肉金属外筒１１におけるロール表面の温度が均一になるように調整する。これにより、ロール表面における温度調整が精密に行われる。

また、流送空間１３内を通過した冷却流体１２は、ロール端板１６ｂ側の冷却流体通過孔２１,２１…を通過して薄肉金属外筒１１と金属内筒１４との間の流送空間１３内に送られ、さらに流体排出通路１７ｂを通って外部に排出される系路で循環する。

なお、本実施例では、押さえロール５について説明したが、必要に応じて主ロール４も該押さえロール５と同じ構造にしてもよい。

また、本発明を実施するに当たって、より好ましい形態を図２及び図４を用いて説明すると、押さえロール５の全幅Ｗ：６００ｍｍ、押さえロール５の外径Ｄ：３００ｍｍ、薄肉金属外筒１１の厚みＴ１：５ｍｍ、金属内筒１４の厚みＴ２：１２ｍｍ、金属内筒１４の外径と薄肉金属外径１１の外径との隙間（流送空間１３の隙間）Ｃ：３ｍｍとした場合、前記螺旋状のガイド壁部材２２のピッチＰ、該ガイド壁部材２１の幅Ａ及び高さＢ等の各寸法は次のようにして決定するのが好ましい。

（１）前記螺旋状のガイド壁部材２２のピッチＰは１０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下、または前記押さえロール幅Ｗの３％以上、３０％以下が好ましい。これより小さいと該押さえロール５の一端（ロール端板１６ａ側）から他端（ロール端板１６ｂ側）へ達するまでの流路が長くなり過ぎ、該他端に達するまでに前記冷却流体１２の温度が変化してしまうと言う問題が生じることがある。また、これより長いと１ピッチ内の温度ムラが生じやすくなることがある。

（２）前記金属内筒１４を円周方向に展開した時、前記螺旋状のガイド壁部材２２が前記ロール軸１５ａ,１５ｂとなす角度は４５度以上、８５度以下が好ましい。これより小さいと前記押さえロール５の一端から他端へ達するまでの流路が長くなり過ぎ、他端に達するまでに前記冷却流体１２の温度が変化してしまうことがある。また、これより長いと１ピッチ内の温度ムラが生じやすくなることがある。

（３）前記螺旋状のガイド壁部材２２の条数は１本でも良いが、ロール表面の温度をより均一にする事ができるという点で２本以上であることが好ましい。

（４）前記螺旋状のガイド壁部材２２の幅は０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。これより小さいと該ガイド壁部材２２の強度が不足する。また、これより大きいと、該ガイド壁部材２２の成形が困難になる。すなわち、該ガイド壁部材２２を形成する際、該ガイド壁部材２２用の直線状の部材を前記金属内筒１４の外周面に沿わせて曲げながら溶接するとき、該直線状の部材を曲げにくくする。さらに、該螺旋状のガイド壁部材２２の幅Ａはｌｍｍ以上、８ｍｍ以下がより好ましい。

（５）前記螺旋状のガイド壁部材２２の高さＢは０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、あるいは前記金属内筒１４の外径の１０％以下が好ましい。また、これより小さいと螺旋状のガイド壁部材２２による水流調整効果が不足する。反対に、これより大きいと該螺旋状のガイド壁部材２２の成形が困難になる。

（６）前記螺旋状のガイド壁部材２２は、薄肉金属外筒１１の弾性挙動を妨げないように前記薄肉金属外筒１１と接触せず、該薄肉金属外筒１１との間に隙間を設けることが好ましい。なお、該隙間は０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下が好ましい。隙間がこれより小さいと押さえロール５の押圧時に前記螺旋状のガイド壁部材２２と薄肉金属外筒１１が接触することがある。さらに、隙間がこれより大きいと前記冷却流体１２が隣接するピッチに漏れる割合が多くなり、前記螺旋状のガイド壁部材２２による水流調整効果が不足することがある。

（７）また、図５に示すように、前記薄肉金属外筒１１の内側に、前記螺旋状のガイド壁部材２２と接触しない配置で溝部２３，２３を設けると、該溝部２３，２３により前記冷却流体１２との伝熱効率が改善される。そして、該伝熱効率の改善により、該薄肉金属外筒１１におけるロール表面の温度調整をより精密に行うことができる。該溝部２３，２３としては、例えば該薄肉金属外筒１１の内側に円周方向の溝、または前記螺旋状らせん状の溝を設けたり、あるいは隣り合う前記螺旋状のガイド壁部材２２の中間に該ガイド壁部材２２と同一ピッチである螺旋状のガイド壁部材を１本または複数本設けても良い。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の実施例に係る成形用ロール装置の概略側面図。同上成形用ロール装置における押さえロールの断面図。同上押さえロールにおける金属内筒の側面図。図２のＥ部拡大図。図２のＥ部拡大図であって、金属内筒と之に対峙する薄肉金属外筒の他の実施例を示す断面図。

符号の説明

１成形用ロール装置
２押出成型機
３Ｔダイ
４主ロール
５押さえロール
６溶融樹脂
１１薄肉金属外筒
１２冷却流体
１３流送空間
１４金属内筒
１５ａロール軸（軸部材）
１５ｂロール軸（軸部材）
１６ａロール端板
１６ｂロール端板
１７軸部材
１７ａ流体供給通路
１７ｂ流体排出通路
１８ａ大径外周部
１８ｂ小径外周部
１９流送空間
２０隔壁
２１冷却流体通過孔
２２ガイド壁部材
２３溝部

Claims

軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、前記１対の成形ロールの少なくとも一方のロールが、ロール端板を有する軸部材と、両端側が前記ロール端板を介して前記軸部材に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて二重筒で構成され、前記流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、
前記金属内筒の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材を設けたことを特徴とする成形用ロール装置。
軟化した熱可塑性樹脂を、回転している１対の成形ロールの間を通過させて光学シートを成形する成形用ロール装置であって、かつ、前記１対の成形ロールの少なくとも一方のロールが、ロール端板を有する軸部材と、両端側が前記ロール端板を介して前記軸部材に取り付けられてなる可撓性を有した薄肉金属外筒と、該薄肉金属外筒との間に冷却流体の流送空間を設けて該薄肉金属外筒内に同一軸心状に収容された金属内筒とを備えて二重筒で構成され、前記流送空間に冷却流体を流通させてなる成形用ロール装置において、
前記金属内筒の外周表面に、該外周面より突出し、かつ、該金属内筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む冷却流体ガイド用のガイド壁部材を設け、かつ、前記薄肉金属外筒の内周表面に、円周方向の溝または該薄肉金属外筒の一端側から他端側に向かって螺旋状に進む溝を形成している凹凸部を設けたことを特徴とする成形用ロール装置。