JP2015112727A - シート成形用ロール及びシート成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外セルのニップ圧を変更した場合であっても、外セルの端部におけるニップ圧の変化を抑え、外セルの軸方向においてニップ圧が変化するニップ曲線を均一化する。【解決手段】シート２を加圧成形するための円筒状の外セル５と、外セル５を回転させるための軸と、外セル５を支持すると共に軸に支持されたフランジ部１０と、を備え、外セル５及びフランジ部１０で塞がれた内部の空間を回流する温調液７によって温調される。フランジ部１０は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ２０と、外フランジ２０に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる筒状の内筒フランジ２１と、内筒フランジ２１に一端が連結されると共に他端が軸に支持された内フランジ２２と、を有する。外セル５からフランジ部１０に荷重が加わったときに、フランジ部１０は、内筒フランジ２１のみが弾性可能に構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、長尺のシートを加圧して成形するためのシート成形用ロール及びシート成形方法に関する。

フィルムシートは、一般に、剛性を有する一対のシート成形用ロール（以下、成形ロールと称する）の間に、成形機のＴダイから押し出される溶融樹脂材を挟み込んで（ニップ）シート状に成形され、冷却されることで形成されている。

温度制御機能を有する成形ロールとしては、薄肉円筒状の外セルと、外セルの内部に配される内セルと、を有してなる二重管ロールが知られている。二重管ロールでは、外セルと内セルとの間に形成される空間に温調液を流すことによって、外セルの外周面、すなわち成形ロールの外周面の温度が制御されている。

ところで、厚さ０．１ｍｍ以下の透明なシートは、成形ロールの周面ですぐに固化しやすく、シート幅の全域に亘って均一な押圧力を加えることが困難である。このため、シートの幅方向において押圧力の差異が生じることで、シートの長さ方向に延びる縦縞が生じやすく、シートの幅方向に対して厚さのばらつき（ムラ）が生じやすい。

一対の成形ロールのニップ圧を高くすることで、シートの幅方向に対する押圧力の差異を小さくすることができるが、シートの内部応力は増えるので、偏光フィルム等の光学用途のシートの場合には、光学ムラが生じる不都合がある。このため、外セルと内セルによって構成される２重管ロールである成形ロールでは、外セルの厚さを薄くすることによって、柔軟性を高めた成形ロールが知られている。

特許文献１には、２重管ロールが開示されている。この成形ロールは、金属製の外セルを有しており、外セルの厚さを薄くすることで、この成形ロールが押圧される一方の成形ロール（以下、主ロールとも称する）に対する押圧力で、主ロールの外周に倣って弾性変形可能に構成されている。このように弾性変形しやすくすることで、一対の成形用ロールの間での接触幅を広げて、かつ、成形ロールの軸方向（シートの幅方向）に亘って均一なニップ圧を得ることが可能にされている。

また、この成形ローラでは、外セルの両端部でのバネ常数が高くなることを避けて弾性変形しやすくするために、外セルの外周面の端部に、周方向に沿って溝部を形成することで、端部の厚さが更に薄くされた部分が形成され、弾性を高める構成が記載されている。

また、特許文献２には、外セルの内周面に、周方向に沿って溝を形成し、外セルの柔軟性を高めると共に冷却性を高めて、大型の成形ロールを構成することが可能な構成が開示されている。

特許３１９４９０４号 特開２００１−１１６０２７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の成形ロールは、外セルの厚さを薄くすることで弾性変形しやすく構成されるが、外セルの厚さが薄いので、外セルの製造時に弾性変形しやすく、加工することが困難である不都合がある。

また、特許文献１に記載の成形ロールは、外セルの外周面の端部に溝部を形成することで、外セルの弾性を高める効果が得られるものの、外セルに加わる応力が高くなってしまう。また、特許文献１に記載の成形ロールは、成形ロールが押圧される主ロールよりも、軸方向の長さが長くなってしまうので、成形装置全体の大型化を招く問題がある。

また、実際にシートを成形する際には、成形するシートの厚さや材料に応じてシート成形条件を適正化するために、一対の成形ロールの設定値のニップ圧を変更することが一般に行われている。特許文献２に記載の成形ロールは、外セルが弾性を有しているので、外セルの軸方向の中央部が、両端部よりもバネ常数が小さく、弾性変形しやすくされている。このため、実際にシートを成形するときに、一対の成形ロールの設定値のニップ圧よりも大きくした場合、外セルの軸方向の端部におけるニップ圧が大きく変化し、外セルの軸方向におけるニップ圧の平均値よりも高くなり、外セルの軸方向の中央部のニップ圧が小さくなってしまう問題がある。その結果、シートの幅方向に加わるニップ圧にバラツキが生じ、シートの長さ方向に沿って延びる縦縞が発生しやすくなり、シートの幅方向に対して生じる厚さのばらつき（ムラ）を防ぐことが困難になる。

また、成形ロールの設置スペースを小さくするために、成形ロールの軸方向における長さ（ロール全長）を小さくすることが望まれている。上述した特許文献２に記載の成形ロールは、一般に軸方向における長さが主ロールよりも長い成形ロールの長さを、主ロールの軸方向の長さと等しくなるように小さく形成した場合、シートの幅方向の端面と外セルの軸方向の端面との間の距離が短くなるので、外セルの端部のバネ常数が大きくなってしまう問題がある。

また、特許文献１、２に記載の成形ロールは、外セルの弾性が高められており、３ｍ程度の長尺な成形ロールに適用した場合、外セルの弾性変形が大きくなるので、外セルのクラウン量を大きくする必要がある。外セルのクラウン量を大きくした場合には、外セルの端部と中央部とで外セルの厚さの変化が大きくなり、外セルの軸方向における弾性変形に差が生じる。その結果、成形ロールの端部と中央部とでシートの加圧、成形性能に差が生じてしまい、シートの幅方向に対して厚さのムラを招く問題がある。そのため、弾性が高められた外セルにおいては、クラウン量を小さくすることが望まれている。

そこで、本発明は、上記関連する技術の課題を解決することができるシート成形用ロール及びシート成形方法を提供することを目的とする。本発明の目的の一例は、外セルのニップ圧を変更した場合であっても、外セルの端部におけるニップ圧の変化を抑え、外セルの軸方向においてニップ圧が変化するニップ曲線を均一化することができるシート成形用ロール及びシート成形方法を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明に係るシート成形用ロールは、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルを回転させるための軸と、外セルを支持すると共に軸に支持されたフランジ部と、を備え、外セル及びフランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調される。フランジ部は、外セルの端部を支持して外セルの径方向に延びる第１のフランジと、第１のフランジに一端が連結されると共に他端が外セルの軸方向に延びて軸に支持された筒状の第２のフランジと、を有する。外セルからフランジ部に荷重が加わったときに、フランジ部は、第２のフランジの少なくとも一部が弾性可能に構成される。

また、本発明に係る他のシート成形用ロールは、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルを回転させるための軸と、外セルを支持すると共に軸に支持されたフランジ部と、を備え、外セル及びフランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調される。フランジ部は、外セルの端部を支持して外セルの径方向に延びる第１のフランジと、第１のフランジに一端が連結されると共に他端が外セルの軸方向に延びる筒状の第２のフランジと、第２のフランジに一端が連結されると共に他端が軸に支持された第３のフランジと、を有する。外セルからフランジ部に荷重が加わったときに、フランジ部は、第２のフランジの少なくとも一部及び第３のフランジの少なくとも一部のいずれか一方のみが弾性可能に構成される。

また、本発明に係る他のシート成形用ロールは、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルを回転させるための軸と、外セルを支持すると共に軸に支持されたフランジ部と、を備え、外セル及びフランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調される。フランジ部は、外セルの端部を支持して外セルの径方向に延びる第１のフランジと、第１のフランジに一端が連結されると共に他端が外セルの軸方向に延びる筒状の第２のフランジと、第２のフランジに一端が連結されると共に他端が軸に支持された第３のフランジと、を有する。外セルからフランジ部に荷重が加わったときに、フランジ部は、第２のフランジの少なくとも一部及び第３のフランジの少なくとも一部が弾性可能に構成される。

また、本発明に係るシート成形方法は、本発明のシート成形用ロールと、他のシート成形用ロールとの間に溶融樹脂を挟んでシートを成形する。

本発明によれば、フランジ部の一部が弾性変形可能に構成されることによって、外セルの軸方向の端部を弾性変形しやすくすることができる。このため、外セルのニップ圧を変更した場合であっても、外セルの端部におけるニップ圧の変化を抑え、外セルの軸方向においてニップ圧が変化するニップ曲線を均一化することができる。その結果、本発明は、シートの幅方向に厚さのばらつきが生じることを防ぐことができる。

実施形態のシートの成形装置を示す概略図である。 第１の実施形態の成形ロールを示す断面図である。 第１の実施形態の成形ロールの要部を拡大して示す断面図である。 第１の実施形態の成形ロールが備えるフランジ部を拡大して示す断面図である。 第１の実施形態の成形ロールを軸方向に直交する面で切断して示す断面図である。 第１の実施形態の成形ロールに線圧が加えられた状態を説明するための模式図である。 第１の実施形態の成形ロールに線圧が加えられたときの外セルの撓み、及びフランジ部の変形を説明するための模式図である。 第２の実施形態の成形ロールの要部を拡大して示す断面図である。 比較形態の成形ロールにおける撓みを示す模式図である。 第１及び第２の実施形態の成形ロールと、比較形態の成形ロールとを比較して、撓み曲線を示す図である。 第１及び第２の実施形態の成形ロールと、比較形態の成形ロールとを比較して、ニップ曲線を示す図である。 第３の実施形態の成形ロールの要部を拡大して示す断面図である。 第４の実施形態の成形ロールの要部を拡大して示す断面図である。 第５の実施形態の成形ロールを示す模式図である。 第５の実施形態の成形ロールに線圧が加えられた状態を説明するための模式図である。 第６の実施形態の成形ロールを示す模式図である。 第６の実施形態の成形ロールを拡大して示す断面図である。 第６の実施形態の成形ロールに線圧が加えられた状態を説明するための模式図である。 第６の実施形態の成形ロールの他の構成例を示す断面図である。 第７の実施形態の成形ロールを示す模式図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

本明細書において、『線圧』とは、一対のロールを互いに押し当てたときのロールの軸方向の単位長さ当たりの力を意味する（例：１００Ｎ／ｃｍ）。説明の便宜上、線圧はニップ圧とも称する。

また、『クラウン』とは、ロールの軸方向（幅方向）の中央部が、ロールの軸方向の端部よりも太くされた形状を指す。『クラウン量』とは、ロールの軸方向の中央部の直径と、ロールの軸方向の端部の直径との差の値を指し、ロールの軸方向の中央部の直径をＤ１、ロールの軸方向の端部の直径をＤ２としたとき、クラウン量＝Ｄ１−Ｄ２で表される。

（第１の実施形態）
図１に、シートを加圧成形する成形装置の概略図を示す。成形装置１によって成形されるシート２は、厚さが０．０５ｍｍから１ｍｍ程度までの範囲内の透明クリアシートであり、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｃｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの樹脂材料を用いて成形される。

図１に示すように、実施形態の成形装置は、溶融樹脂材を押し出すための押出機のＴダイ３と、溶融樹脂材を挟んでシート２の厚さや形状を整えて形成する成形ロール４ａ、４ｂ、４ｃと、を備えている。成形ロール４ａ、４ｂ及び４ｃは、成形ロールの軸方向に対して同じ幅を有している。成形ロール４ａ、４ｂ及び４ｃによってシート２に線圧がかけられることでシート成形が行われる。

Ｔダイ３は、押出機から供給される樹脂材料をシート状に押出し、樹脂材料を一対の成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙に導く。Ｔダイ３が鉛直方向の下向きに設置され、Ｔダイ３の下側に成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙が位置するように成形ロール４ａ及び４ｂが配設されている。

また、成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂは、溶融樹脂材を挟むように互いに平行に配置されている。鉛直方向下向きに押出された溶融樹脂材を一対の成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂで受けることによって樹脂材料の成形性を高めることができる。

成形ロール４ｂは、所定の位置に固定されており、成形ロール４ａ、４ｃは不図示の加圧装置によって成形ロール４ｂとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）に移動可能に構成されている。加圧装置としては、一般的に、空圧式や油圧式シリンダが用いられる。成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂは、通常、同じ周速で回転され、成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂの軸方向であるシート幅全域に均一な圧力を加えることによってシート２を一定の厚さに成形する。

シート２は、成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙を通過した後、成形ロール４ｂに巻き付けられ、必要に応じて成形ロール４ｃによって搬送方向の下流側に搬送される。また、成形ロール４ａと同様に、成形ロール４ｃも加圧装置によって成形ロール４ｂとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）への移動が可能になっている。

成形ロール４ｃを通過した後、シート２は冷却され、コイル状に巻き取られるか、または所定の長さで切断される。必要に応じて、成形ロール４ｃや不図示の他の成形ロールを用いて、シート２を再度加圧成形してもよい。

次に、成形ロール４ａの構造について説明する。図２に、第１の実施形態の成形ロール４ａの断面図を示す。図３に、図２に示す成形ロール４ａの、軸方向の中央部から駆動側までの部分を拡大した詳細断面図を示す。図３において、成形ロール４ａの軸方向における長さ（ロール全長）Ｌの中央の位置をＦで示している。図４に、第１の実施形態の成形ロールの要部の断面図を示す。

図２及び図３に示すように、第１の実施形態の成形ロール４ａは、弾性を有する薄肉金属体によって構成された円筒状の外セル５と、外セル５の内径よりも小さい外径を有する内セル６と、を備える二重管ロールである。したがって、外セル５の内周面と内セル６の外周面との間には空間が形成されており、この空間が、温調流体としての温調液７が流れる流路８ｃとして構成されている。外セル５及び内セル６は、鋼材によって形成されており、成形ロール４ａも鋼材を溶接して構成されている。外セルは、径方向に対する厚さが薄くされることで弾性が高められているが、必要に応じて剛性が高められた剛体として構成されてもよい。なお、外セル５及び内セル６は、カーボン繊維によって強化された複合材によって形成されてもよい。また、温調流体としては、温調液７の代わりに、気体や気液混合流体が用いられてもよい。

また、図２及び図３に示すように、外セル５の両端、及び内セル６の両端には、一対のフランジ部１０が溶接部２４ａで溶接接合されている。また、フランジ部１０には、軸９が一体に形成されており、軸９が軸受け１１によって回転可能に支持されている。したがって、フランジ部１０は、外セル５の端部を支持すると共に軸９に支持されている。成形ロール４ａは、外セル５及びフランジ部１０で塞がれた内部の空間を回流する温調液７によって温調される。

図３及び図４に示すように、本実施形態におけるフランジ部１０は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる第１のフランジとしての円板状の外フランジ２０と、外フランジ２０に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる円筒状の第２のフランジとしての内筒フランジ２１と、内筒フランジ２１に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された第３のフランジとしての内フランジ２２と、を有する。

本実施形態におけるフランジ部１０は、外フランジ２０、内筒フランジ２１及び内フランジ２２のうちで、内筒フランジ２１が軸方向に延ばされることで内筒フランジ２１のみがバネ常数が小さくされると共に、内筒フランジ２１に比べて外フランジ２０及び内フランジ２２の剛性が相対的に大きくされている。外フランジ２０は、軸方向の厚さが、外セル５の厚さに比べて十分に厚く形成されており、剛性が高められている。内筒フランジ２１は、外セル５の厚さと同程度に薄く形成されており、バネ常数が小さくされている。内フランジ２２は、外フランジ２０と同様に軸方向の厚さが十分に厚く形成されており、剛性が高められている。したがって、外セル５からフランジ部１０に荷重が加わったときに、フランジ部１０は、内筒フランジ２１のみが弾性可能に構成されている。

本実施形態では、外フランジ２０と内筒フランジ２１とが一体に形成されたが、外フランジ２０と内筒フランジ２１とが溶接接合されてもよい。また、本実施形態では、内フランジ２２が軸９に溶接部２４ｂで溶接接合されているが、内フランジ２２と軸９とが一体に削り出し加工されて形成されてもよい。

第１の実施形態では、内筒フランジ２１の軸方向の長さが、外セル５の軸方向における長さの１／４に形成されている。このため、内セル６の軸方向における長さは、外セル５の軸方向における長さ（ロール全長）Ｌの１／２に形成されている。このため、外セル５の両端は、内セル６の両端から１／４Ｌずつ突出されている。

また、図２及び図３に示すように、操作側の軸９には、温調液７が操作側に向かって流れる流路８ａと、流路８ａの周りを温調液７が駆動側に向かって流れる流路８ｅとが形成されている。流路８ａは、駆動側の軸９から、成形ロール４ａの中心を通って操作側の軸９に向かって延ばされて設けられている。

図５に、成形ロール４ａの軸方向に直交し、かつ流路８ｄの中心を通る面で切断したときの成形ロール４ａの断面図（図３に示すＣ−Ｃ断面図）を示す。図５に示すように、フランジ部１０には、６つの流路８ｄが、フランジ部１０の中心から外周に向かって放射状に形成され、かつ周方向に対して互いに均等な間隔をあけて設けられており、流路８ｃと流路８ｅとが連通されている。なお、駆動側のフランジ部１０も、流路８ｄと同様の構造をなす流路８ｂを有しており、流路８ｂによって、流路８ａと流路８ｃとが連通されている。

また、フランジ部１０の内フランジ２２には、図３及び図４に示すように、流路８ｅと流路８ｄとの連結部分に、内フランジ２２の径方向に窪んだ環状の内回流溝２７が設けられており、温調液７がスムーズに流れるように構成されている。

また、フランジ部１０には、外セル５内を流れる温調液７を外セル５の軸方向の端部まで流れるように案内し、外セル５の内面とフランジ部１０の内面との間を流れる温調液７の流路を構成するための円環状の仕切り板２５が、内フランジ２２に溶接接合されて設けられている。仕切り板２５は、一端のみが内フランジ２２に支持されており、片持ち梁として構成されている。

また、仕切り板２５の周面は、内セル６の周面と、径方向の位置を揃えるように配置されている。また、仕切り板２５は、仕切り板２５の先端と外フランジ２０との間に、温調液７が流れる間隙２８が形成されている。

図４に示すように、外セル５の軸方向における中央側から端部に向かって流れる温調液７が、仕切り板２５によって案内されながら、外セル５の端部まで流れ、フランジ部１０の内面に沿って外フランジ２０側から内フランジ２１側に向かって流れる。

なお、本実施形態では、円環状の仕切り板２５が用いられたが、６つの流路８ｄから外セル５の端部まで温調液７が流れるように導くものであればよく、仕切り板２５の形状を限定するものではない。また、必要に応じて、仕切り板２５の表面及び内セル６の外周面には、内セル６の径方向に突出するスパイラル板（不図示）を、軸方向に対して螺旋状に設けることによって、温調液７を旋回流として流してもよい。

成形ロール４ａの外周の温度制御は、流路８ｃを流れる温調液７を回流させることで行われる。温調液７は、冷水や温水等が用いられ、成形ロール４ａの外周を所望の温度に制御するために流量が調整される。図２に示すように、温調液７の回流は、まず操作側の軸９に設置されたロータリジョイント１６にて外部から取り込まれ、軸９に設けられた流路８ｅに沿って駆動側の軸９に向かって流れる。その後、操作側のフランジ部１０に形成された内回流溝２７、流路８ｄを通って、流路８ｃへ流入し、外セル５の内周面に沿って操作側から駆動側へ到達する。

最後に、駆動側のフランジ部１０に形成された流路８ｂから駆動側の軸９の中心に設けられた流路８ａに流入し、流路８ａに沿って駆動側から操作側に流れて、成形ロール４ａから排出される。その後、温調液７は、外周流路を経て不図示の温調装置に入り、温調装置から再び流路８ｅに流入する。温調装置は、温調液７の温度を一定に保つ機能を有する。

また、軸９の一端は、モータ２３と連結されており、モータ２３によって成形ロール４ａが所定の速度で回転駆動される。なお、成形ロールにおいて、モータ２３が連結されている側を駆動側とし、この駆動側の反対に位置する側を操作側とする。

さらに、軸受１１は、不図示の軸受箱を介して成形ロール４ｂと成形ロール４ａとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）に押圧する加圧装置が設けられている。加圧装置としては、通常、空気式、又は油圧シリンダ式が使用される。ロール軸受箱は、リニアガイドによって移動可能に支持されており、成形ロール４ａは平行移動することができる。

また、図３に示すように、外セル５の内周面には、外セル５の軸回りに沿って延びる凹部１２が形成されている。第１の実施形態では、凹部１２として、凹部１２が延びる長手方向に直交する断面形状が台形をなす雌ネジ状の凹部が形成されている。また、凹部１２は、長手方向に連続する１本の溝によって形成される一条ネジをなすように構成されている。

外セル５の内周面に凹部１２が形成されることによって、凹部１２が形成されていない場合に比べて温調液７との接触面積が大きくされている。したがって、外セル５と温調液７との間の熱交換も多くなる。

また、第１の実施形態では、温調液７が凹部１２の延在方向に対してほぼ直角に流れるので、乱流が生じる。一般に層流よりも乱流の方が、渦が発生しやすく伝熱効果が高い。したがって、流れに対してほぼ直角に凹部１２が形成された第１の実施形態では、効率良く熱交換が行われる。すなわち、第１の実施形態では、接触面積を大きくした効果と、乱流を生じさせる効果とによって、成形ロール４ａの温調能力が高められている。

また、外セル５の、凹部１２が形成されている凹形成部１２ｐは、シート２が接触するシート接触部（シート幅）２ｐよりも広い範囲に形成されている。凹形成部１２ｐの端部からシート接触部２ｐの端部までの部分には、凹部１２よりも深さが小さい凹部（以下、小型凹部１３と称す）が形成されている。

小型凹部１３は、外セル５の肉厚の急激な変化をなくす役割を有している。したがって、肉厚が急激に変化する位置で生じる応力集中を抑制し、外セル５の破損を防止することができる。なお、小型凹部１３の代用として、外セル５の径方向の厚さを徐々に変化させることによって、外セル５の軸方向に対して外セル５の内周面を緩やかに変化させたテーパ部（不図示）が形成されてもよい。

外セル５の内周面は、鋼製である外セル５の腐食を防止するためにメッキ膜が設けられている。特に、凹部１２の底面部は厚さが薄肉に形成されているので、外セル５の機械的強度を長期間に亘って保つために、腐食を防止することが重要であり、第１の実施形態では、Ｎｉメッキを施されて鏡面仕上げにされている。

外セル５には、シート接触部２ｐよりも広い範囲にクラウンが形成されている（以下、クラウンが形成されている範囲をクラウン形成部１５と称す）。外セル５は、シート２を成形するときの荷重でたわむ。そこで、予めクラウンを形成しておくことによって、成形ロール４ａに荷重が加わった状態で均一な線圧が得られるようにしている。

第１の実施形態では、図３に示すように、クラウンが外セル５の軸方向の全領域に形成されていない。クラウン形成部１５の端部から外セル５の端部までのクラウンが形成されていない範囲には、外セル５の端部に向かって外径を徐々に小さくするテーパ部１７が設けられている。テーパ部１７が設けられることによって、成形ロール４ａの端部と成形ロール４ｂ（図１参照）の端部との接触が回避される。

内セル６の肉厚は、外セル５の肉厚が薄いので、成形ロール４ａ全体の剛性を高く保つために、外セル５の肉厚よりも厚く形成されており、内セル６の両端がフランジ部１０の内フランジ２２に溶接接合されている。

以上のように構成された実施形態の成形ロール４ａの構成例を表１に示す。

表１に示すように、本実施形態では、成形ロール４ａの主要寸法である外セル５の軸方向の幅及び軸受１１間の距離を１１６０ｍｍとした。シート接触部２ｐ（図３）を１１５０ｍｍとした。

また、外セル５の外径及び内径を３００ｍｍ及び２９０ｍｍとし、外セル５の厚さが５ｍｍとなるようにした。また、内セル６の外径を２７０ｍｍとし、外セル５と内セル６との間隔、すなわち流路８ｃの間隔を１０ｍｍとした。内セル６の内径を２３０ｍｍとし、内セル６の厚さが２０ｍｍとなるようにした。内セル６は、成形ロール４ａの全体の剛性を保つために、外セル５よりも厚くされている。さらに、凹部１２のピッチＰを４ｍｍとし、凹部１２の深さを２．３ｍｍとした。

外セル５の外周面のシート接触部２ｐは、表面にクロムメッキを施した後、鏡面仕上げを行った。また、クラウン形成部１５に形成されるクラウンとして、一般的な円弧状のＲ曲線を用いた。また、第１の実施形態では、テーパ部１７として、クラウン形成部１５の端部の外径に対し、外セル５の端部の直径を１ｍｍ小さく設定した。

以上のように構成された成形ロール４ａは、厚さが０．０５ｍｍ程度から１ｍｍ程度までの薄いシート２を成形する用途で使用され、シート２の成形時に必要なニップ圧（線圧）が１００Ｎ／ｃｍである。本実施形態の成形ロール４ａの用途は、剛性が高い成形ロールでは成形が困難である厚さ０．１ｍｍ程度の薄膜シートを高速度で成形することである。

なお、図１に示す、成形ロール４ａが押圧される相手側となる成形ロール４ｂも同様に、内部に温調液７を流すことが可能な二重管構造であり、温調可能となっている。ただし、成形ロール４ｂの外セル５の厚さは、成形ロール４ａの外セル５の厚さよりも厚くされており、想定される線圧（例えば１００Ｎ／ｃｍ）ではほとんど変形しない。したがって、成形ロール４ｂは、剛体ロールと見なすことができるので、クラウンが形成されていない。

一般的な外セル５の変形について、外セル５の厚みの大小に関わらずに、外セル５が変形したときの撓みを拡大すると、図６に示すような変形となる。図６（ａ）は、外セル５の外周の点ａから中心に向かって（白抜き矢印の方向）荷重が加えられた場合の外セル５のつぶれ変形ａを示す断面図である。実線で示す輪郭が、荷重を加えた場合の外セルの形状であり、一点鎖線で示される輪郭が荷重を加えていない場合の形状である。

外セル５は、荷重が加えられた部分がつぶれ、潰れた部分の周辺が膨らむように変形する。このため、外セル５の潰れ変形ａは、図６（ａ）に示すように、外セル５の断面形状の中心を基準として、ニップ荷重によって外セル５の断面形状がハート型に変形する。特に外セル５の厚さを薄くした場合、図６（ａ）に示すような外セル５の潰れ変形ａが大きくなる。

したがって、成形ロール４ａの断面において、成形ロール４ｂと成形ロール４ａとが、一点で接触するわけではなく、成形ロール４ａに潰れ変形ａが生じた分だけ曲面で接触することとなる。なお、成形ロール４ｂと成形ロール４ａとが接触する幅をニップ幅１８と称する（図６（ｃ））。

図６（ｂ）には、一般的な梁の撓みなどを計算する、梁の両端を支持した場合において、外セル５のシート接触部２ｐ全体に亘って均等に荷重を加えたとき外セル５の撓み変形ｅを示す。

図６（ｃ）に、成形ロール４ｂと成形ロール４ａとでシート２をニップして外セル５に線圧が加えられた状態の断面形状を示す。図６（ｃ）に示す状態は、図６（ａ）に示すつぶれ変形と、図６（ｂ）に示す撓み変形とが足し合わされた状態と解釈することができる。

図６（ｄ）には、一般的な梁の撓みの模式図を示す。荷重条件としては、外セル５としての梁の両端を支持した状態で、シート幅に部分等分布荷重を加えた。図６（ｄ）に示すように、梁の偏心量は、梁の断面が形状を保ったままでの断面の中心位置での撓み量ｅである。

図６（ａ）、（ｂ）においても、外セル５の幅方向の中心位置で最も大きく変形しており、外セル５の肉厚が薄いところの潰れが大きいので、ニップ部ではニップ幅１８が大きくなる。

一般的な剛体である成形ロールであっても弾性体であるので、ニップ荷重に応じてクラウンが形成されている。本実施形態の成形ロール４ａにおいても同様にクラウンが形成される。

設計値のニップ荷重で生じる撓みを予め計算して、その撓みの大きさに対応するクラウンを外セル５に形成することで、撓みが生じたときであっても、ニップ荷重が外セル５の軸方向全体に亘って均一になるように構成する。

第１の実施形態における外セル５のクラウン量は、半径において０．２４ｍｍ、直径において０．４８ｍｍだけ中央を両端よりも大きくしている。このように外セル５の周面にクラウンを加えることで、成形稼働時に所定の線圧をかけたとき、外セル５の軸方向全体に亘って均一な線圧（シート２を押圧する力）を得ることができる。一方、相手側の成形ロール４ｂは、外セルの厚さが相対的に厚く、剛体ロールであると見なせるので撓みが無視できるので、クラウンが加えられていない。

続いて、シート成形時のシートの厚さムラ、特に薄いシートに生じやすいシートの縦縞に関連するニップ性能について述べる。

薄膜であるフィルムやシートを成形する場合は、Ｔダイ３から溶融樹脂を薄く均一に吐出することが難しく、シートの幅方向におけるシートの厚さにムラが生じ易い。また、シートが薄いので、成形ロールによってニップ圧で圧縮しても、ニップ部で幅方向への樹脂の流れが少なくなるので、シートに縦縞の未圧縮部分が生じ易い。

本実施形態の成形ロールでは、外セル５が凹部１２を有することで、軸方向における変形に関しては、凹部１２毎に独立した柔軟性を有しているので、この縦縞に追従してニップを行い易くなっているので、薄いシートを成形するときであっても、シートに縦縞が生じにくく、薄いシートを成形する場合においても両面タッチ成形を行うことが可能になる。なお、外セル５が凹部１２を有することによって、外セル５の柔軟性を高めることができるが、凹部１２を有する構成に限定されるものではない。

以上のように構成された第１の実施形態の成形ロール４ａにおいて、フランジ部１０の内筒フランジ２１の弾性変形に伴う、外セル５の撓みについて説明する。

図７に、第１の実施形態の成形ロール４ａにおける撓みを説明するための模式図を示す。図７（ａ）は、外セルにニップ荷重を加えていない状態を示している。図７（ｂ）は、外セルにニップ荷重を１倍圧だけ加えた状態を示している。図７（ｂ）において、ニップ荷重が１倍圧とは、設計された線圧荷重を指している。図示しないが、設計された線圧荷重の２倍の荷重を外セルに加えたときに変形する撓みは、１倍圧であるときの撓みの２倍になる。また、図７（ｂ）では、実施形態の外セルにおける撓み量を、成形ロール４ａの上半分だけで示す。図７（ｂ）において、外セルの周面の位置に関して、外セルに荷重を加えていない状態での周面を実線で示し、外セルに荷重を加えた状態での周面を破線で示す。

第１の実施形態におけるフランジ部１０は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、内筒フランジ２１の、外フランジ２０側の端部が下方に変位するように、内筒フランジ２１が撓む。そして、内筒フランジ２１が撓んだときに外セル５の撓みが撓み量ｅ１’となり、外セル５自体の撓みはｅ１となる。

ここでｅ１´は一般的に平行に変位した図で示したが、正確には外セル５とフランジ部１０、内筒フランジなどの強度、弾性を考慮した連続梁の計算結果で決まる。したがって、外セル５は、ニップ荷重が加えられていない状態から、絶対撓み量ｅ２（ｅ２＝ｅ１＋ｅ１’）だけ撓むことになる。

上述したように、第１の実施形態の成形ロール４ａによれば、フランジ部１０の内筒フランジ２１が弾性変形可能に構成されることによって、外セル５の軸方向の端部を弾性変形しやすくすることができる。このため、外セル５のニップ圧を変更した場合であっても、外セル５の端部におけるニップ圧の変化を抑え、外セル５の軸方向においてニップ圧が変化するニップ曲線を均一化することができる（詳細については図１０を参照して後述する）。その結果、本実施形態は、シート２の幅方向に厚さのばらつきが生じることを防ぐことができる。

また、従来の弾性を有する成形ロールは、主ロールに比べてロール全長が長い成形ロールであった。しかしながら、本実施形態によれば、外セル５の端部における弾性が高められるので、外セル５の軸方向に亘ってシート接触部２ｐとして利用することが可能になる。その結果、本実施形態によれば、ロール全長Ｌを短くすることが可能になり、成形ロール４ａの設置スペースを小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、弾性が高められた外セル５を有する成形ロール４ａにおいて、外セル５の端面からシート端面までの距離が短くされた成形ロール４ａを実現することができる。

また、本実施形態は、フランジ部１０の内筒フランジ２１と、外セル５の内面との間に仕切り板２５４４が設けられることによって、外セル５の一端部から他端部まで軸方向全体に亘って均一な流速の温調液７の流れが得られる。このため、シート２の幅方向において冷却ムラが生じることを防ぎ、均一な温度でシート２を冷却することができる。このように実施形態の成形ロール４ａは、冷却能力が高められるので、シート２の成形時の成形ロール４ａの回転速度を高速化できる。

次に、第１の実施形態と異なるフランジ部を有する他の実施形態について説明する。他の実施形態では、フランジ部について説明し、第１の実施形態と同一の構成部分及び構成部材には、便宜上、第１の実施形態と同一の符号を付けて説明を省略する。

（第２の実施形態）
図８に、第２の実施形態の成形ロール４ａの要部の断面図を示す。図８に示すように、第２の実施形態におけるフランジ部３０は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ３１と、外フランジ３１に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる内筒フランジ３２と、内筒フランジ３２に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された内フランジ３３と、を有している。第２の実施形態において、外セル５からフランジ部３０に荷重が加わったときに、フランジ部３０は、内筒フランジ３２のみが弾性可能に構成されている。

第２の実施形態におけるフランジ部３０の構造は、図３に示した第１の実施形態におけるフランジ部１０と比べて、内筒フランジ３２の外周面に、複数の凹部３４を形成することによって、内筒フランジ３２の撓み量を大きくされている。

凹部３４は、外セル５の凹部１２とほぼ同じ構造であり、複数のリング状または雌ネジ状に形成されている。凹部１２の深さは、内筒フランジ３２の厚さの１／２程度に形成されている。凹部３４のピッチは、内筒フランジ３２の厚さと同じにされている。また、凹部３４は、内筒フランジ３２の、外セル３の内面に対向する外周面に、内筒フランジ３４の軸方向における長さの１／２の範囲に亘って形成されている。

以上のように構成された第２の実施形態におけるフランジ部３０において、内筒フランジ３２が撓むことによる効果は、第１の実施形態における撓みによる効果と同じである。また、第２の実施形態では、内筒フランジ３２が凹部３４を有しているので、片持ち梁としての撓みが大きくなり、第１の実施形態よりも更に撓みやすくされている。

内筒フランジ３２において、凹部３４が、軸方向における中央側の端部のみ、つまり内フランジ３３側の端部のみに形成される理由は、外フランジ３１と、内筒フランジ３２における外フランジ３１側の端部とを剛体として構成して、外フランジ３１及び内筒フランジ３２の一部を剛体として外セル５に連結させるためである。このように内筒フランジ３２の剛性を確保する構成は、後述する第６の実施形態における内筒フランジの構成に近い。

また、凹部３４が、内筒フランジ３２の、内フランジ３３側の端部のみに形成されているが、片持ち梁としての内筒フランジ３２の撓みは、長さ方向の全体に亘って凹部３４が形成された場合と比べても大きな差がない。このため、内筒フランジ３２の軸方向における長さの半分の範囲のみに凹部３４を加工している。このように凹部３４を形成する範囲を削減することで、製造コストの増加が抑えられる。

また、本実施形態は、ポンプを用いて成形ロール４ａ内に温調液７を循環させているので、成形ロール４ａの内部に０．３ＭＰａ程度の圧力が生じる。フランジ部３０は、内筒フランジ３２に、温調液７による圧力が内筒フランジ３２の外側から作用するので、外圧容器として扱われる。一般に、外圧容器は内圧容器よりも圧力に弱いので、外圧容器の厚さは、内圧容器よりも厚くする必要がある。

しかしながら、第２の実施形態における内筒フランジ３２は、外周面に凹部３４が形成されていても、この外圧に対する強度が十分に高く確保されている。内筒フランジ３２は、凹部３４を有していない構成と比べて強度が弱くなるが、大幅な強度の変化はなく、片持ち梁としての軸方向に直交する断面における断面二次モーメントを減らし、撓みを大きくすることができる。このように第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

ここで、上述した第１及び第２の実施形態と、比較形態とを比較して説明する。図９に、比較形態として、弾性を有する従来の成形ロールにおける撓み説明するための模式図を示す。比較形態の成形ロールは、図９（ａ）に示すように構成されている。図９（ａ）は、外セルにニップ荷重を加えていない状態を示している。図９（ｂ）は、外セルにニップ荷重を１倍圧だけ加えた状態を示している。また、図９（ｂ）では、比較形態における撓み量を成形ロールの上半分だけで示す。

図９に示すように、比較形態におけるフランジ部１１０は、径方向に延びる円板状に形成されており、剛性が高く構成されている。フランジ部１１０は、一端に外セル１０５を支持すると共に、他端が内セル１０６に支持されている。内セル１０６は軸１０９に設けられている。

図１０に、外セルの表面に線圧を加えたときの撓み曲線を示す。図１０において、縦軸に外セルのクラウン形成部の表面の撓み量を示し、横軸に外セルの軸方向における端部から中央（０ｍｍ）までの位置を示す。図１０において、第１の実施形態を実線で示し、第２の実施形態を一点鎖線で示し、比較形態を破線で示す。

図１０では、第１及び第２の実施形態と、比較形態における各外セルの撓みを比較した。また、図１０では、撓み計算を簡単にするために、各形態を、外セルの内面に凹部１２が設けられている構成に統一して計算した。第１及び第２の実施形態は、薄く形成された外セル５を有する成形ロール４ａに、軸方向における長さが長くされたフランジ部が設けられた点が重要であり、外セル５の凹部１２の有無は撓みに影響を与えず、凹部１２を有する場合と凹部１２を有していない場合とで撓みが同様に作用する。

比較形態の成形ロールは、フランジ部及び内セルが剛体構造であるので、フランジ部が弾性変形しない。このため、比較形態では、フランジ部の端面を基準とした外セルの撓みを、外セルの軸方向における位置に沿って示す。

第１の実施形態では、フランジ部１０の内フランジ２２が剛性構造であり、内筒フランジ２１の外周面における、内フランジ２２に連結された端部を基準として外セル５の撓みを図１０に示す。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、フランジ部３０の内筒フランジ３２の外周面における、内フランジ３３に連結された端部を基準として外セル５の撓みを図１０に示す。

第１の実施形態は、フランジ部１０の内筒フランジ２１が長く形成されているので、比較形態に比べて外セル５の撓みが大きくなっている。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に内筒フランジ３２が長く形成されると共に内筒フランジ部３２が凹部３４を有しているので、第１の実施形態よりも外セル５の撓みが大きくなっている。

図１０に示すように、比較形態の撓み量と、第１及び第２の実施形態の撓み量とを比較すると、第１及び第２の実施形態における外セル５の撓み量は、外セル５の端部（ニップ荷重幅の端部）での撓み量が大きくなり、比較形態の撓み量よりもロール全長Ｌに亘って大きくなっている。

図１０に基づいて、外セルに加わる線圧（ニップ圧）が変化した場合におけるニップ曲線の変化を図１１に示す。図１１において、縦軸に線圧を示し、横軸に外セルの軸方向における端部から中央（０ｍｍ）までの位置を示す。図１１において、第１の実施形態を実線で示し、第２の実施形態を一点鎖線で示し、比較形態を破線で示す。

線圧１００Ｎ／ｃｍは設計値である設定線圧であり、第１及び第２の実施形態、比較形態における外セルのいずれにおいても、線圧が１００Ｎ／ｃｍに対応するクラウンが形成されている。このため、図１１に示すように、外セルに設計線圧が加わった場合には、外セルの軸方向に亘ってニップ圧が均等になり、直線状のニップ曲線になる。

ここで、外セルに負荷する平均線圧を１００Ｎ／ｃｍから１５０Ｎ／ｃｍに変えた場合、相対的に厚いフランジ部を有する比較形態は、図１１中に破線で示すニップ曲線となり、第１の実施形態は、図１１中に実線で示すニップ曲線になる。また、第２の実施形態は、図１１中に一点鎖線で示すニップ曲線になる。

このようなニップ圧の変更は、シート成形時において一般によく行われる変更である。ニップ圧を変更する一例を挙げると、薄いシートを成形する場合には、シート耳部の内側にタッチムラが生じ易いが、このタッチムラは線圧を増やすことによって解消できる。また、厚いシートを成形する場合には、シートの幅方向に亘って全面タッチが比較的容易に得られるので、シートの形成材料に応じて線圧を減らして、シートに生じるニップ応力を減らしてシートを成形する場合もある。

特に外セルの両端部ではバネ常数が大きいので、相手側の剛体である成形ロール４ｂが、外セルの軸方向全体に亘って同じ押圧力で外セルを押し付けることによって、バネ常数が相対的に大きいフランジ部の位置では、ニップ荷重が大きく増えてしまう。また、成形ロールの中央部では、バネ常数が相対的に小さいので、相対的にニップ荷重の増加が少ない。したがって、ニップ荷重を設計値よりも大きくしたときに、フランジ部での線圧が平均よりも大きくなってしまい、シートの端部において高い線圧を示す凹形状のニップ曲線になる。また、線圧を設計値よりも小さくした状態で成形ロールを用いる場合には、上述とは逆に、凸形状のニップ曲線になる（図示せず）。

図１１に示すように、第１の実施形態のニップ曲線は、第２の実施形態のニップ曲線よりも若干平均化されており、外セル５の端部での線圧の上昇を抑えることができる。また、比較形態に比べて、第１及び第２の実施形態では外セル５の軸方向の中央における線圧が高められるので、中央におけるニップ圧が若干大きくなり、外セル５の軸方向に亘ってニップ圧が平均化されたニップ曲線になる。

なお、本実施形態におけるフランジ部３０が有する内筒フランジ３２の長さについては、特に限定されないが、｛ロール全長Ｌ×１／５｝（１／５Ｌ）程度から最大１／２Ｌ程度までの範囲に形成することによって、外セル５の撓みによる効果が大きい。また、実用的には、内筒フランジ３２の長さを長くすることによって、内筒フランジ３２の弾性が大きくなるので、外セル５の形状加工や表面研磨加工などを含めた成形ロールの製作が難しくなる。そのため、内筒フランジ３２の長さは、１／５Ｌ程度から１／３Ｌ程度の範囲に設定することが好ましい。

本実施形態における外フランジ３１と、内筒フランジ３２との結合は、剛体結合であり、外セル５と外フランジ３１との結合も剛体結合である。ここで、剛体結合の意味は、肉厚に形成したり、リブなどの補強部を形成したりすることで、撓みが無い構造に作ることを意味する。また、剛体結合は、撓みの作用を利用しないことを意味する。

なお、本発明における内筒フランジと内フランジとの結合は、剛体結合及び柔軟結合のどちらであってもよい。後述する第６及び第７の実施形態では、内筒フランジと内フランジとが柔軟結合された構成である。

（第３の実施形態）
図１２に、第３の実施形態の成形ロール４ａの要部の断面図を示す。図１２に示すように、第３の実施形態におけるフランジ部３５は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ３６と、外フランジ３６に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる内筒フランジ３７と、内筒フランジ３２に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された内フランジ３８と、を有している。第３の実施形態において、外セル５からフランジ部３５に荷重が加わったときに、フランジ部３５は、内筒フランジ３７の一部のみが弾性可能に構成されている。

図１２に示すように、第３の実施形態におけるフランジ部３５は、図３に示した第１の実施形態と比べて、内筒フランジ３７の、内フランジ３８側の端部の一部の範囲に亘って、内筒フランジ３７の径方向の厚さが薄くされた薄肉部３９が形成されている点が異なる。内筒フランジ３７の薄肉部３９は、第１の実施形態における内筒フランジ３７の厚さの２／３程度に形成されている。また、内筒フランジ３７に薄肉部３９を形成する長さは、内筒フランジ３７の長さの１／２に設定されている。

内筒フランジ３７に薄肉部３９を形成することによって、第１の実施形態における内筒フランジ３７の厚さよりも薄くして、片持ち梁としての内筒フランジ３７の撓みが大きくされている。第３の実施形態における内筒フランジ３７の撓みによる効果は、図７に示した第１の実施形態における撓みによる効果と同じである。

また、第３の実施形態における内筒フランジ３７が、片持ち梁としての根元部分が薄肉に形成されているので、片持ち梁としての撓みが大きくなり、第１の実施形態よりも撓みが大きくされている。

薄肉部３９を、内筒フランジ３７における、内フランジ３８側の端部のみに形成する理由は、外フランジ３６と内筒フランジ３７の一部を剛体として構成して、外フランジ３６と内筒フランジ３７の一部を剛体として外セル５に連結させるためである。第３の実施形態におけるフランジ部３５の作用は、後述する第６の実施形態での作用に近い。

また、本実施形態では、薄肉部３９が，内筒フランジ３７の、内フランジ３８側の端部のみに設けられているが、片持ち梁としての撓みは、第２の実施形態における凹部３４を有する内筒フランジ３２とほぼ同様である。したがって、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同程度または同程度以上にニップ圧が変化したときであっても、外セル５の幅方向全体に亘ってニップ曲線を平均化することができる。このように第３の実施形態においても、第１及び第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１３に、第４の実施形態の成形ロール４ａの要部の断面図を示す。図１３に示すように、第４の実施形態におけるフランジ部４０は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ４１と、外フランジ４１に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる内筒フランジ４２と、内筒フランジ４２に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された内フランジ４３と、を有している。第４の実施形態において、外セル５からフランジ部４０に荷重が加わったときに、フランジ部４０は、内筒フランジ４２のみが弾性可能に構成されている。

図１３に示すように、第４の実施形態におけるフランジ部４０は、図３に示した第１の実施形態に比べて、内筒フランジ４２の形状を、外フランジ４１側の端部から内フランジ４３側の端部に向かって外径を徐々に小さくなる円錐状に形成した点が異なる。

図１３に示す断面において、内筒フランジ４２の長さ方向が軸方向に対して傾斜されることによって、内筒フランジ４２の長さが長くなり、内筒フランジ４２の、内フランジ４３側の端部の外径が小さくなる。このため、内筒フランジ４２の、内フランジ４３側の端部における柔軟性、すなわち、片持ち梁の根元部分での、軸方向に直交する断面における断面２次モーメントが小さくされている。

第４の実施形態におけるフランジ部４０は、片持ち梁としての内筒フランジ４２の撓みが大きくされた構造である。本実施形態における内筒フランジ４２の厚さと、外フランジ４１の外径は、第１の実施形態におけるフランジ部１０と同じである。

第４の実施形態における内筒フランジ４２の撓みによる作用は、図７に示した第１の実施形態における作用と同じであるが、片持ち梁としての根元部分での外径が小さくなり、曲げ強度が小さくなる。このため、本実施形態における内筒フランジ４２は、片持ち梁としての撓みが大きされており、第１の実施形態よりも更に撓むように構成されている。

内筒フランジ４２において、外フランジ４１に連結される一端部の外径は、第１実施形態における内筒フランジ２１よりもやや大きく形成されている。すなわち、円板状の外フランジ４１の内径は、第１の実施形態における外フランジ２０の内径よりも大きくされており、内筒フランジ４２の端部の位置が、外セル５の端部に近づけられている。本実施形態では、外フランジ４１と、内筒フランジ４２の、外フランジ４１側の端部とが剛体として構成されて、外セル５に剛体として連結されている。本実施形態におけるフランジ部４０の作用は、後述する第６の実施形態における作用に近い。

したがって、第４の実施形態によれば、第１の実施形態よりも撓みが大きくなり、ニップ圧が変化したときであっても、外セル５の軸方向全体に亘ってニップ曲線を平均化することができる。このように第４の実施形態においても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１４に、第５の実施形態の成形ロール４ａを説明するための模式図を示す。図１５に、第５の実施形態の成形ロール４ａに線圧が加えられた状態を説明するための模式図である。

図１４に示すように、第５の実施形態におけるフランジ部４５は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ４６と、外フランジ４６に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びて軸９に支持された内筒フランジ４７と、を有している。第５の実施形態において、外セル５からフランジ部４５に荷重が加わったときに、フランジ部４５は、内筒フランジ４７のみが弾性可能に構成されている。

第５の実施形態は、内セル６の長さが１／５Ｌに形成されており、内筒フランジ４７の長さが更に長く形成されると共に、内フランジを有していない点が、第１の実施形態と異なっている。本実施形態における仕切り板２５も、内筒フランジ４７と同様に、軸方向に延ばされて軸９に固定されている。

図１４に示すように、第５の実施形態の構造は、第１の実施形態に比べて、内筒フランジ４７の軸方向の長さが長くされることによって、内筒フランジ４７の柔軟性、すなわち、片持ち梁としての内筒フランジ４７の撓みが大きくされている。内筒フランジ４７の長さは、２／５Ｌに形成されている。また、内筒フランジ４７の厚さと、外フランジ４６の外径は、第１の実施形態におけるフランジ部１０と同じである。

加えて、第５の実施形態では、内筒フランジ４７の端部が、直接内セル６に溶接接合されており、内セル６が、第１〜第４の実施形態における内フランジとして機能している。

なお、本実施形態では、フランジ部４５の内筒フランジ４７が内セル６を介して軸９に支持されるように構成されたが、内セル６を有していない構成において、内筒フランジ４７が軸９に直接固定されて構成されてもよい。

また、第５の実施形態における外フランジ４６は、外フランジ４６と内筒フランジ４７との連結部から、外セル５の径方向の中心側へ延びる突出部４９を有している。外フランジ４６は、突出部４９を有することによって、外フランジ４６の剛性が高められている。また、外フランジ４６が突出部４９を有することによって、外フランジ４６と軸９との間の隙間を狭めることができるので、成形ロール４ａの外部から内筒フランジ４７の内周側に異物が入ることを防ぎ、安全性を高めることができる。なお、突出部４９は、内筒フランジ４７が弾性変形したときであっても、軸９に接触しない突出量に設定されている。

図１５に、第５の実施形態の成形ロール４ａにおける撓みを説明するための模式図を示す。図１５（ａ）は、外セル５にニップ荷重を加えていない状態を示している。図１５（ｂ）は、外セル５にニップ荷重を１倍圧だけ加えた状態を示している。また、図１５（ｂ）では、第５の実施形態における撓み量を、成形ロール４ａの上半分だけで示す。図１５（ｂ）において、外セル５の周面の位置に関して、外セル５に荷重を加えていない状態での周面を実線で示し、外セル５に荷重を加えた状態での周面を破線で示す。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第５の実施形態における内筒フランジ４７の撓みによる作用は、第１の実施形態における撓みによる作用と同じであるが、内筒フランジ４７の長さが長くされているので、内筒フランジ４７の撓みによる作用が大きくされている。

また、本実施形態の内筒フランジ４７は、第４の実施形態と同様に、内筒フランジ４７の外径が、外フランジ４６側の一端部から他端部に向かって徐々に小さくなる円錐状に形成されてもよく、片持ち梁の根元部分での、軸方向に直交する断面における断面２次モーメントを更に小さくすることができる。この場合におけるフランジ部の作用は、後述する第６の実施形態における作用に近い。

したがって、第５の実施形態では、片持ち梁としての内筒フランジ４７の撓みは、内筒フランジ４７の長さが更に長く形成された分だけ大きくなっている。したがって、第５の実施形態によれば、第１の実施形態よりも内筒フランジ４７の撓みが大きされており、ニップ圧が変化したときであっても、外セル５の軸方向全体に亘ってニップ曲線を平均化することができる。このように第５の実施形態においても、第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
図１６に、第６の実施形態の成形ロール４ａの模式図を示す。図１７に、第６の実施形態の成形ロール４ａを拡大した断面図を示す。

図１６及び図１７に示すように、第６の実施形態におけるフランジ部５０は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ５１と、外フランジ５１に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる内筒フランジ５２と、内筒フランジ５２に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された内フランジ５３と、を有している。第６の実施形態において、外セル５からフランジ部５０に荷重が加わったときに、フランジ部５０は、内フランジ５３の一部である端部のみが弾性可能に構成されている。

第６の実施形態は、図３に示した第１の実施形態に比べて、内筒フランジ５２の厚さを増し、かつ長さを長くすると共に、内フランジ５３の端部の厚さＴを薄くすることによって、内フランジ５３の端部における柔軟性が高められている。これによって、第６の実施形態は、片持ち梁としての内フランジ５３の端部の撓みが大きくされている。

また、図１７に示すように、第６の実施形態では、第１の実施形態に比べて、内フランジ５３の、内筒フランジ５２に連結された端部を薄く形成することによって、内フランジ５３の端部を自由支持点として機能させている。この構成は、例えば薄板のベローズ構造と同様に作用する。

自由支点として機能する内フランジ５３の端部は、円環状の薄板のように形成されており、図１７に示すように、寸法例として、
内フランジ５３の端部の高さＨと厚さＴとの比＝（半径方向の高さＨ／軸方向の厚さＴ）≧１程度
を満たすように設定されている。
Ｈ：内フランジ５３の端部の径方向に対する高さ
Ｔ：内フランジ５３の端部の軸方向に対する厚さ
例えば、内フランジ５３の端部に、軸方向と平行に貫通する複数の穴を設けることによって、内フランジ５３の端部のバネ常数が更に小さくされてもよい。また、内筒フランジ５２と内フランジ５３の端部とを連結する構成として溶接構造を例示したが、球面支持軸受けなどの支持部材を用いた、他の自由支持構造が用いられてもよい。

また、第６の実施形態では、弾性が高められた内フランジ５３の端部を除く外フランジ５１及び内筒フランジ５２は、剛体として厚く形成されている。また、内筒フランジ５２の厚さは、外セル５の厚さよりも厚く形成されており、剛体として構成されている。
本実施形態における内筒フランジ５２の軸方向に対する長さは、外セル５の軸方向の長さ（ロール全長）Ｌに対して２／５Ｌに構成されている。内筒フランジ５２の長さは、フランジ部５０における撓みを十分に確保するために、特に１／５Ｌ以上に設定することが好ましい。厳密には、内筒フランジ５２の長さは、シート接触部（シート幅）２ｐの１／４に、シート幅２ｐの両側の端部長ＬＬａを加えた長さ以上に設定することがさらに好ましい。

また、成形ロール４ａの軸方向の中央に配置される内セル６の軸方向の長さは、１／５Ｌにされている。外フランジ５１と外セル５との連結は、外フランジ５１の軸方向の厚さが厚く形成されており、また外セル５の半径方向の高さが低いので、外フランジ５１と外セル５との連結部分は剛体結合によって構成されている。

第６の実施形態におけるフランジ部５０が弾性変形する作用は、第１の実施形態〜第５の実施形態におけるフランジ部の作用と異なっており、第２の実施形態〜第４の実施形態とは類似する点を有する。

図１８に、第６の実施形態の成形ロール４ａにおける撓みを説明するための模式図を示す。図１８（ａ）は、外セル５にニップ荷重を加えていない状態を示している。図１８（ｂ）は、外セル５にニップ荷重を１倍圧だけ加えた状態を示している。また、図１８（ｂ）では、実施形態の外セル５における撓み量を、成形ロール４ａの上半分だけで示す。図１８（ｂ）において、外セル５の周面の位置に関して、外セル５に荷重を加えていない状態での周面を実線で示し、外セル５に荷重を加えた状態での周面を一点鎖線で示す。

図１８（ｂ）に示すように、内フランジ５３の端部は、薄く形成されており、内筒フランジ５２との連結位置を支点として弾性変形する。図１８（ｂ）では、成形ロール４ａの上半分の部分のみを示しているので、実際の支点は軸９の中心に位置している。説明の便宜上、内フランジ５３の一端を支点として図示している。

外セル５と、外セル５の両端を支持する外フランジ５１とが剛体結合されているので、成形ロール４ａ全体の構成では、連続梁として撓みを計算することになる。すなわち、第６の実施形態では、外セル５とフランジ部５０を、内セル６を介して軸９によって支持する構成であり、内フランジ５３の端部が自由点支持部になっている。このため、第６の実施形態は、第５の実施形態に比べて、成形ロール４ａ全体の撓みが大きくされている。第６の実施形態における内筒フランジ５２は、片持ち梁として撓み、第５の実施形態に比べて撓みを大きくすることができる。

本実施形態は、図１８（ａ）に示すように、内筒フランジ５２の長さが、２／５Ｌに形成されており、比較的長くされている。このため、材料力学の梁撓み、曲げモーメント（回転モーメント）などの考察では以下のように説明できる。

概略説明では、フランジ部５０の外フランジ５１、内筒フランジ５２が剛体として構成され、内フランジ５３が柔軟性に形成されており、内フランジ５３の端部が内筒フランジ５２の一端を支持する支持位置から、線圧荷重の１／２の重心となる位置まで偏心Ｌｗがあるので、図１８（ｂ）において左周りの回転モーメントＭ１が作用する。このため、外フランジ５１の径方向に平行な端面には、軸方向に直交する面（鉛直方向）に対して角度θだけ傾きが生じる。

正確には、第１の実施形態における図７の説明でも、連続梁の力、撓みバランスで決まると述べたが、ここでもその説明が成り立つ。

すなわち、外フランジ５１を鉛直方向に沿って固定した条件（固定梁条件）として、シート２の線圧荷重によって外フランジ５１を中心として外セル５が右回転するように回す回転モーメントＭ３と、内筒フランジ５２が反作用の線圧荷重によって左回転するように回す回転モーメントＭ２とを比較して、後者の回転モーメントＭ２が前者の回転モーメントＭ３よりも大きい場合は、図１８（ｂ）に角度θで示すように、鉛直方向に対して左方向に傾くように回転する。

詳細は省くが、表１の条件におけるロール幅１４００ｍｍ、シート幅１１００ｍｍ、線圧１００Ｎ／ｃｍであるときの両端固定梁の計算では、梁端（外フランジ５１）での計算結果が、外セル５からの回転モーメントＭ３＝１５２９Ｎｍであり、内筒フランジ５２からの回転モーメントＭ２＝３０８０Ｎｍである。

このため、上述の概略説明と同様に内筒フランジ５２からの回転モーメントＭ２が回転モーメントＭ３よりも大きいので、外フランジ５１の端面は、鉛直方向に対して左方向に角度θだけ傾く。この結果、外セル５は、外フランジ５０からシート２のニップ荷重に対抗する方向（外セル５の左端面を中心として左回りに作用する）に回転モーメントＭ２が生じて、図１８（ｂ）に示す通常の両端固定での撓みｅ２よりも少ない撓みｅ１になる。

回転モーメントＭ２と回転モーメントＭ３との比較計算から、外フランジ５１の傾き角度θ＝０であるときの内筒フランジ５２の長さは、回転モーメントＭ３＝１５２９Ｎｍを荷重５５００Ｎで割ると、約２７８ｍｍ=１／５Ｌと計算される。このことから、内筒フランジ５２の長さはロール面長Ｌの１／５倍以上のときに効果が大きい。

さらに詳細に説明すると、実際の撓みでは、弾性ロール特有の外セル５は、断面形状がハート形に変形する撓みが加わるが、ここでは省略して説明した。

結果、このように外セル５が撓むことを想定して、あらかじめ外セル５の周面の中央部を中心に太鼓形状をなして厚くなるようにクラウンを付けている。

また、成形ロール４ａでは、図１８に示す右半分の部分が、左半分の部分と同様に、軸方向の左右で対称形に撓む。

また、上述した第３の実施形態では、内筒フランジ３７に薄肉部３９を形成することで撓みが大きくされたが、片持ち梁として内筒フランジに生じる撓みは、内筒フランジの長さを長くする分だけ顕著に大きくなる。したがって、第６の実施形態によれば、第１の実施形態よりも内筒フランジ５２の撓みが大きくなり、ニップ圧が変化したときであっても、外セル５の軸方向全体に亘ってニップ曲線を平均化することができる。このように第６の実施形態においても、第１〜第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１９に、第６の実施形態の成形ロール４ａの他の構成例を示す断面図である。また、第６の実施形態における内フランジ５４の端部は、径方向に延びる板状に形成されたが、図１９に示すように、内フランジ５４の端部の外径が、軸方向に沿って内筒フランジ５２側の一端から他端側に向かって徐々に小さくなるサラバネのように、断面形状がテーパ形状に形成されてもよい。また、図示しないが、内フランジは、軸方向に沿って外径が大小に変動を繰り返す波形ダイアフラムの形状に形成されてもよい。また、内筒フランジと内フランジの端部は、例えば削り出し加工によって一体に形成されてもよい。また、内フランジの端部は、内筒フランジとの連結部分を折り曲げて一体成形することによって圧力容器の鏡板のように形成されてもよい。

（第７の実施形態）
図２０に、第７の実施形態の成形ロール４ａの模式図を示す。図２０に示すように、第７の実施形態におけるフランジ部５５は、外セル５の端部を支持して外セル５の径方向に延びる外フランジ５６と、外フランジ５６に一端が連結されると共に他端が外セル５の軸方向に延びる内筒フランジ５７と、内筒フランジ５７に一端が連結されると共に他端が軸９に支持された内フランジ５８と、を有している。第７の実施形態において、外セル５からフランジ部５５に荷重が加わったときに、フランジ部５５は、内フランジ５８の一部のみが弾性可能に構成されている。

第７の実施形態は、図１８（ａ）に示した第６の実施形態とほぼ同じ構成であるが、図２０に示すように、内セル６の軸方向における長さが、外セル５の軸方向における長さ（ロール全長）Ｌよりも長く形成されている。成形ロール４ａの軸９は、内セル６の両端に設けられており、フランジ部５５の内フランジ５８の端部が内セル６に溶接されて設けられている。また、内セル６は、剛体として構成されている。内筒フランジ５７の軸方向に対する長さは、第６の実施形態と同じに構成されている。

第７の実施形態における撓みの作用は、第６の実施形態とほぼ同じであるが、内フランジ５８の内径が第６の実施形態よりも大きくなる（径方向に対する高さが低くなる）。内フランジ５８は、内径に応じて、軸方向における厚みを薄く形成することによって、自由支持における内フランジ５８の端部のバネ常数を適切に選択できる。

第７の実施形態では、内セル６の軸方向における長さＬ２が、外セル５よりも長く形成されたが、内セル６の長さＬ２を限定するものではなく、外セル５と同じ長さにされてもよい。

第７の実施形態におけるフランジ部５５の撓みを大きくする作用は、第６の実施形態における作用と同様である。このように第７の実施形態においても、第１〜第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。

成形ロール４ａの長さを長くした場合（一例として３ｍ程度）、中実体である長い軸９を製作することは合理的ではなく、中空体である内セル６が軸９としても機能するように内セル６を長く形成し、パイプを用いて内セル６を構成すれば、成形ロール４ａを安価に製作できる。このように内セル６の長さを外セル５よりも長くすることによって、軸９の長さを短くすることが可能になり、成形ロール４ａの製造コストを下げることが可能になる。

第６の実施形態や第７の実施形態では、ニップ荷重を成形ロール４ａの軸方向のほぼ中央部で受けるので、外フランジの端面の変位量が従来の成形ロールよりも大きくなる。したがって、外セル５の軸芯は、凸状に撓み、従来の成形ロールよりも実質的なクラウンの変形量（フランジ部の端面を基準とした外セル５の撓み）が小さくなる。

また、フランジ部の軸方向の長さが短い場合には、外セル５の端部における弾性を高める効果が少なくなり、長い場合にその効果が大きくなる。なお、フランジ部の軸方向における長さが２／５Ｌ以上に長くされた場合には、外セル５の弾性が非常に大きくなるので、外セル５の形状加工、外セル５の表面研磨加工などが困難になり、完成した成形ロールが軸方向に対して傾きやすくなる。このため、一般的に、フランジ部の軸方向における長さは、１／５Ｌ程度から１／３Ｌ程度の範囲が好ましい。

（その他の変形例）
なお、内筒フランジ#の軸方向に対する長さに関して、第１実施形態〜第７の実施形態において、内筒フランジの長さとして、外セル５の長さとほぼ等しいロール全長Ｌの１／５Ｌ〜２／５Ｌの範囲を例示したが、この範囲よりも短くても長くてもよい。

また、第１の実施形態〜第３の実施形態では、厚さ０．１ｍｍ程度のフィルムを形成するための成形ロール４ａの一例を示したが、シート２の厚さを限定するものではなく、０．１ｍｍ以下及び以上の厚さのシートの成形に適用されてもよいことは勿論である。

さらに、本実施形態の成形ロール４ａは、シート成形用ロールや、冷却ロール（主ロール）に適用されるが、例えばガイドロール、ワインダータッチロール、コロナ処理で用いられるエアー抜き用のタッチロールなどの他のロールに適用されてもよい。

また、本実施形態では、外セル５の内面に凹部１２を設けたが、凹部１２が無い通常の成形ロールにも適用できる。

また、本実施形態では、線圧が比較的小さい弾性ロールに適用されたが、線圧が比較的高い剛体ロールに適用されてもよい。

また、本実施形態の成形ロール４ａは、ニップ圧平均化能力、冷却加熱能力が優れているので、成形ロール以外の、印刷機、紙用ワインダーなど他の産業用ロールに用いられて好適である。

１ 成形装置
２ シート
４ａ 成形ロール
５ 外セル
７ 温調液
９ 軸
１０ フランジ部
２０ 外フランジ
２１ 内筒フランジ
２２ 内フランジ

Claims (17)

1. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、前記外セルを回転させるための軸と、前記外セルを支持すると共に前記軸に支持されたフランジ部と、を備え、前記外セル及び前記フランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調されるシート成形用ロールであって、
   前記フランジ部は、前記外セルの端部を支持して前記外セルの径方向に延びる第１のフランジと、前記第１のフランジに一端が連結されると共に他端が前記外セルの軸方向に延びて前記軸に支持された筒状の第２のフランジと、を有し、
   前記外セルから前記フランジ部に荷重が加わったときに、前記フランジ部は、前記第２のフランジの少なくとも一部が弾性可能に構成されていることを特徴とするシート成形用ロール。
2. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、前記外セルを回転させるための軸と、前記外セルを支持すると共に前記軸に支持されたフランジ部と、を備え、前記外セル及び前記フランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調されるシート成形用ロールであって、
   前記フランジ部は、前記外セルの端部を支持して前記外セルの径方向に延びる第１のフランジと、前記第１のフランジに一端が連結されると共に他端が前記外セルの軸方向に延びる筒状の第２のフランジと、前記第２のフランジに一端が連結されると共に他端が前記軸に支持された第３のフランジと、を有し、
   前記外セルから前記フランジ部に荷重が加わったときに、前記フランジ部は、前記第２のフランジの少なくとも一部及び前記第３のフランジの少なくとも一部のいずれか一方のみが弾性可能に構成されていることを特徴とするシート成形用ロール。
3. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、前記外セルを回転させるための軸と、前記外セルを支持すると共に前記軸に支持されたフランジ部と、を備え、前記外セル及び前記フランジ部で塞がれた内部の空間を回流する温調液によって温調されるシート成形用ロールであって、
   前記フランジ部は、前記外セルの端部を支持して前記外セルの径方向に延びる第１のフランジと、前記第１のフランジに一端が連結されると共に他端が前記外セルの軸方向に延びる筒状の第２のフランジと、前記第２のフランジに一端が連結されると共に他端が前記軸に支持された第３のフランジと、を有し、
   前記外セルから前記フランジ部に荷重が加わったときに、前記フランジ部は、前記第２のフランジの少なくとも一部及び前記第３のフランジの少なくとも一部が弾性可能に構成されていることを特徴とするシート成形用ロール。
4. 前記外セルの内部に配置され、前記外セルの内径よりも小さい外径を有する円筒状の内セルを備え、
   前記外セルと前記内セルとの間の空間を前記温調液が回流する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
5. 前記フランジ部は、前記内セルを介して前記軸に支持されている請求項４に記載のシート成形用ロール。
6. 前記第２のフランジと前記外セルの内面との間の空間を仕切るように配置され、前記温調液の流路を構成する筒状の仕切り部材を備える、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
7. 前記仕切り部材は、軸方向における前記外セルの中央側の端部が、前記軸に片持ち支持されている、請求項６に記載のシート成形用ロール。
8. 前記第２のフランジは、前記外セルの径方向における厚みが部分的に薄く形成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
9. 前記第２のフランジには、前記外セルの内面に対向する周面に、複数のリング状の凹部、または雌ネジ状の凹部が形成されている、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
10. 前記第２のフランジは、前記外セルの軸方向に直交する断面における断面二次モーメントに関して、前記１のフランジ側の一端部よりも、該一端部の反対側の他端部の方が小さい、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
11. 前記第２のフランジは、前記第１のフランジ側の一端部の外径よりも、該一端部の反対側の他端部の外径が小さい、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
12. 前記第３のフランジは、前記第２のフランジ側の一端部から他端部に向かって、前記外セルの径方向における外径が縮径された筒状に形成されている、請求項２または３に記載のシート成形用ロール。
13. 前記外セルの内面には、複数のリング状の凹部または雌ネジ状の凹部が設けられている、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
14. 前記内セルの軸方向における長さは、前記外セルよりも長い、請求項４に記載のシート成形用ロール。
15. 前記第１のフランジは、前記第１のフランジと前記第２のフランジとの連結部から、前記外セルの径方向の中心側へ延びる突出部を有する、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
16. 前記外セルの軸方向における長さに関して、前記第２のフランジの長さは、前記外セルの長さの１／５倍以上である、請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のシート成形用ロールと、他のシート成形用ロールとの間に溶融樹脂を挟んでシートを成形するシート成形方法。

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