JP5126720B2

JP5126720B2 - 薄膜シート成形用ロール及びシート成形装置

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Publication number: JP5126720B2
Application number: JP2010199331A
Authority: JP
Inventors: 明清水
Original assignee: 明清水
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: JP2012040857A

Description

本発明は、表面平滑性が良好な薄膜シートを効率良く成形する薄膜シート成形用ロール及びシート成形装置に関する。

図１０に熱可塑性樹脂によるシートを成形するシート成形機の概略を示す。
図１０中、符号１１は押出し機、１２はダイ、１３〜１５は内部冷却された金属ロール、１６は切断機を各々図示する。同図に示すように、押出し機１１の先端に付属するダイ１２から押出された溶融樹脂膜１７を複数の金属ロール１３〜１５に導いて、溶融樹脂膜１７の両面を金属ロール１３〜１５の表面で挟圧すると共に、冷却して膜状のシート１８に成形して、その後切断機１６で所定の長さに切断するか、或いは必要に応じて巻取り装置に（図示せず）により巻き取るようにしている。

上記シート成形機に於いて、ダイ１２からの溶融樹脂膜１７を挟圧してシート１８を成形する際に、金属ロール１３及び１４の間隙部においてバンク（溶融樹脂溜り）が発生しながら成形することはよく知られている。
従来においては、成形されたシート１８の厚みが比較的厚い（例えば、０．５ｍｍ以上）ものを得る場合では、溶融樹脂膜１７も厚く若干のクッション性を有するので、バンク量が幅方向で若干不均一であっても溶融樹脂膜１７の全幅にわたって金属ロール１３及び１４の表面でほぼ均一に押し付ける事ができ、平滑性のあるシート１８を成形することが可能であった。

しかしながら、上述した剛体性の金属ロール１３、１４でシート１８の厚さが薄い（例えば０．４ｍｍ以下）ものを成形する場合においては、溶融樹脂膜１７のクッション性が少ないので、バンクのある部分は金属ロール１３及び１４の表面で押し付けられるものの、バンクのない部分は金属ロール１３及び１４の表面で押し付けられずに、シート１８の幅方向で表面が部分的に平滑でない状態のバンクマークが発生するという問題がある。

この為、金属ロールの内一本のロールを、金属製弾性外筒の内部に弾性体（ラバー）ロールを収容した構造の薄膜シート成形用ロールとする事が提案されている。（特許文献１、特許文献２）

この様なタイプの薄膜シート成形用ロールでは、金属製弾性外筒の内部に冷却流体を流しながら、弾性体（ラバー）ロールの外周面で金属製弾性外筒を金属ロール（主ロール）に押し付けると共に、溶融樹脂膜を挟圧及び冷却し表面平滑性が良好な薄膜シートを得るようにしている。

特許第３４２２７９８号公報特許第４３２６５１５号公報

然しながら、特許文献１に示されている薄膜シート成形用ロールでは、金属製弾性外筒内部の冷却流体中に弾性体ロール用の軸受部が配されているので、構造が複雑になると共に取り扱いも難しくなるという問題がある。
ここで、第１１図には、金属製弾性外筒と弾性体ロールが同心状態になっている薄膜シート成形用ロールの例が示されているが、該薄膜シート成形用ロールが相手方金属ロールに押し付けられるシート成形時には、環状のシール部材を少なくとも弾性体ロールと金属製弾性外筒との間隙以上に変形させる必要があり、その変形量は大きなものとなり環状のシール部材に負担がかかるので、環状のシール部材の水密性が損なわれ冷却流体の漏れが発生するという問題がある。

一方、特許文献２には、両軸部材上に偏心側板が回転可能に装着されているシート成形ロールの例が示されている。該シート成形ロールを相手側主ロールに押し付けるシート成形の運転時には、シート成形ロールと主ロールとの軸心方向の互いの平行度が正確に出ていないと、シート成形ロールの軸線方向の押し付け力分布が均一にならずシート面も均一にならないので、両偏心側板の偏心方向は正確に決める必要がある。所定の方向に正確に偏心方向を定めるのには、回転部以外の外部固定側に取り付けられた回り止めで両偏心側板の向きを正確に決める事が必須となり、構造が複雑になると共に調整も難しくなるという問題がある。

また、特許文献１及び２の何れの場合も、無端ベルトにおいて起きる事がある横ズレ（蛇行）と同様に、薄膜シート成形用ロールが回転するときに金属製弾性外筒は軸線方向に横ズレを起こす事があり、金属製弾性外筒が嵌め合い部から脱落して運転不能になる事がある。

本発明は、薄膜シート成形用ロールの上記問題に鑑み、ラバーロール内蔵タイプの薄膜シート成形用ロールにおいて、構造が簡単で保守性にすぐれ、冷却流体の漏れの発生がなく、取り扱いが容易で、且つ、効率よく表面平滑性が良好な薄膜シートを成形することができる薄膜シート成形用ロール及びシート成形装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決する本発明の第１の薄膜シート成形用ロールは、少なくとも二以上のロールにより溶融樹脂膜を挟圧しつつ冷却して薄膜シートを成形する薄膜シート成形用ロールにおいて、両端に軸部を有し該軸部に配された軸受で支持され回転及び弾性変形が可能なラバーロールと、該ラバーロールの外周部の外側に間隙を有して前記ラバーロールを収容する弾性変形が可能な金属薄膜からなる金属製弾性外筒とを備えると共に、外周部に弾性変形自在のラバー部材が被覆され前記軸部に回転可能な状態で装着された小側板と、半径方向自在に摺動可能な状態で前記小側板の外周部に装着された大側板と、該大側板の外周部に被覆され前記金属製弾性外筒と嵌め合い状態にある弾性変形が可能なラバー部材と、前記大側板の外周部と前記金属製弾性外筒の内周部との間に弾性変形自在の環状シール部材とを備えてなる事を特徴とするものである。

本発明の第２の薄膜シート成形用ロールは、請求項１記載の薄膜シート成形用ロールにおいて、前記小側板より外側の前記軸部に回転可能に装着され外周部に弾性変形自在のラバー部材を被覆された小円板と、半径方向自在に摺動可能な状態で前記小円板の外周部に装着された大円板とを備えてなる事を特徴とするものである。

本発明のシート成形装置は、押出機先端に配されたダイから押し出された溶融樹脂膜を、少なくとも二以上の金属ロールに導いて、該溶融樹脂膜の両面を挟圧すると共に、冷却してシートを成形するシート成形装置において、前記金属ロールのうち少なくとも一つのロールが、請求項１又は２に記載の薄膜シート成形用ロールである事を特徴とするものである。

上述のように構成された本発明の薄膜シート成形用ロールは、溶融樹脂膜を狭圧する際、金属製弾性外筒及びラバーロールは弾性変形自在であるので、溶融樹脂膜に厚みむらがあってもそれに対応して金属製弾性外筒及びラバーロールの部分はなじんだ形状に変形しつつ溶融樹脂膜を狭圧し、表面平滑性が良好な薄膜シートを成形する事ができる。

また、金属製弾性外筒の内部の冷却流体中にはラバーロール用の軸受を配する必要がないので構造が簡単であり、軸受交換等の保守性に優れたものとする事ができ、大側板の外周部と金属製弾性外筒の内周部との間にある環状シール部材は大きな変形はしないので、水密性が損なわれる事が無く冷却流体の漏れの発生を防止する事ができ、大側板は自在に摺動し且つ、軸部に対するその偏心方向は常に自動的に一定方向となるので、偏心方向を決める為の煩わしい調整は不要となり、取り扱いが容易なものとする事ができる。

なお、両端軸部に回転可能な小円板と半径方向自在に摺動可能な大円板を配した時は、大円板の側面で金属製弾性外筒の横ズレを防止するので金属製弾性外筒が脱落する事がなく、運転時の取り扱いが容易なものとなる。

そして、本発明はこのようなシート成形装置とすることで、ダイから押し出された溶融樹脂膜を、前記薄膜シート成形用ロールと金属ロールとの間に導き、前記溶融樹脂膜を挟圧すると共に冷却するので、表面平滑性の良好な薄膜シートを成形する事ができる。

本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールの概略断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るシート成形用ロールの概略断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールの押し付け前の状態を示す図１の線Ａ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールの押し付け前の状態を示す図１の線Ｂ−Ｂ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールの押し付け中間状態を示す図１の線Ａ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールの押し付け中間状態を示す図１の線Ｂ−Ｂ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールのシート成形状態を示す図１の線Ａ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形用ロールのシート成形状態を示す図１の線Ｂ−Ｂ断面図である。本発明の第１の実施の形態に係るシート成形の狭圧状態を示す概略図である。シート成形機の概略図である。

本発明による薄膜シート成形用ロールの第１の実施形態を、添付の図面を参照してこれを説明する。

図１は、図１０に示したシート成形機に用いる本発明にかかる薄膜シート成形用ロール（以下「シート成形用ロール」という。）の概略図である。

ラバーロール１０６は両端に軸部１０５を有した内筒部材１０４の外周にラバー部材Ａ１０３を被覆した構成となっていて、軸部１０５に配された軸受１０７で回転可能に支持されている。前記軸部１０５の夫々の端面には冷却水１０８を送水するロータリージョイント（図示せず）が取り付けられていて、軸心近傍には冷却水１０８の通路が設けられている。

前記ラバーロール１０６の外径より半径でＸだけ大きい内径を有し、弾性変形が可能な金属薄膜からなる金属製弾性外筒１０２が前記ラバーロール１０６を収容している。即ち、前記ラバーロール１０６の外径と前記金属製弾性外筒１０２の内径との間隙はＸである。

前記軸部１０５上には、転がり軸受１１２及び環状シール部材Ａ１１１が配されると共に、環状の小側板１０９が前記転がり軸受１１２に支持され回転可能な状態で装着されている。前記小側板１０９は前記軸部１０５及び前記転がり軸受１１２と同心であり、外周部には低硬度で弾性変形自在のラバー部材Ｂ１１０が配されている。

前記小側板１０９の外周部には、前記ラバー部材Ｂ１１０を抱え込んだ状態の環状の大側板１１４が半径方向自在に摺動可能な状態で装着されている。該大側板１１４の外周部にはラバー部材Ｃ１１５が配されていて、該ラバー部材Ｃ１１５外周部と前記金属製弾性外筒１０２内周部とは嵌め合い状態になっている。

前記小側板１０９に形成される直径Ｄ１の凸部と、前記大側板１１４に形成される直径Ｄ２の内径部との間には半径で前記Ｘと同じ距離の間隙を有する。

前記大側板１１４の外周部と前記金属製弾性外筒１０２の内周部との間には弾性変形自在の環状シール部材Ｃ１１６が配されていて、前記小側板１０９と前記大側板１１４の摺動面部には弾性変形自在の環状シール部材Ｂ１１７が配されている。

図３及び図４に示すように、シート成形用ロール１０１を金属ロール２０へ押し付ける前の自由状態に於いては、金属製弾性外筒１０２、大側板１１４、小側板１０９及びラバーロール１０６は同心状態にある。

図５に示すように、軸部１０５に配された軸受１０７をもってシート成形用ロール１０１を金属ロール２０方向（図中左方向）に押していくと、金属製弾性外筒１０２及びラバー部材Ｃ１１５は金属ロール２０に点Ｐで当接し、金属製弾性外筒１０２、ラバー部材Ｃ１１５及び大側板１１４はそれ以上左方向に移動しないで、弾性変形容易なラバー部材Ｂ１１０が潰され始める。

ラバー部材Ｂ１１０の漬し距離がＸになると、直径Ｄ１の凸部が直径Ｄ２の内径部に点Ｔで内接し、小側板１０９が大側板１１４を押していき、ラバー部材Ｃ１１５の弾力で金属製弾性外筒１０２を金属ロール２０に押し付け始める。この状態では、金属製弾性外筒１０２及び大側板１１４の中心と軸部１０５の中心とは距離Ｘだけ離れた状態で偏心している。

この時には、図６に示すように、ラバーロール１０６も金属製弾性外筒１０２に対して距離Ｘ移動するので、ラバー部材Ａ１０３及び金属製弾性外筒１０２は金属ロール２０に点Ｓで当接する。この状態では、金属製弾性外筒１０２の中心と軸部１０５（ラバーロール１０６）の中心とは距離Ｘ偏心している。

更に、シート成形用ロール１０１を金属ロール２０に押し付けていくと、図７及び図８に示すように、ラバー部材Ｃ１１５及びラバー部材Ａ１０３は金属製弾性外筒１０２を金属ロール２０の外周面に沿った円弧２１状に変形させる。
この時、金属製弾性外筒１０２は繰り返し疲労破壊寿命に大きく影響する軸線方向には変形しないので、金属製弾性外筒１０２の疲労破壊寿命は長いものとなる。

上述したように、シート成形用ロール１０１を金属ロール２０に押し付ける際には、弾性変形容易なラバー部材Ｂ１１０は距離Ｘ変形するが、ラバー部材Ｃ１１５は円弧２１を形成するだけの変形なのでその変形量は小さい。
従って、金属製弾性外筒１０２の内周部と大側板１１４の外周部との間の距離の変化量も小さいので環状シール部材Ｃ１１６に無理な変形をおこす事が無く水密性が損なわれる事が無い。

金属製弾性外筒１０２と大側板１１４との間にある環状シール部材Ｃ１１６及び小側板１０９と大側板１１４との摺動面にある環状シール部材Ｂ１１７並びに軸部１０５部にある環状シール部材Ａ１１１によって、金属製弾性外筒１０２内部の嵌め合い部及び大側板１１４の摺動部並びに軸部１０５の水密性が保たれている。

図７に示すように、シート成形用ロール１０１が回転する運転状態では、ラバー部材Ｃ１１５と金属製弾性外筒１０２とは、軸部１０５と金属ロール２０の中心点を結んだ直線上にある当接点Ｐで金属ロール２０に当接し円弧２１状に変形しつつ、大側板１１４は小側板１０９との内接点Ｔ上を転がりながら自身の中心軸線周りを回転している。従って、大側板１１４は軸部１０５に対して自動的に図中水平方向で偏心する事となる。

この時、図８に示すように、ラバーロール１０６は、軸部１０５と金属ロール２０の中心点を結んだ直線上にある当接点Ｓで金属製弾性外筒１０２を金属ロール２０に押し付け円弧２１状に変形させつつ、軸受部１０７を中心として回転する。

ここで、ラバーロール１０６の軸部１０５と小側板１０９の回転数は異なるが両者の間には転がり軸受１１２があるので両者は単独で無理なく回転する事が出来る。

シート成形用ロール１０１の冷却は、圧力をもった冷却水１０８が一方のロータリージョイントを介して供給され、金属製弾性外筒１０２に所定の圧力を付与すると共に金属製弾性外筒１０２を冷却しながら他方のロータリージョイントを介して排出されている。
尚、冷却は冷却水に限定されるものでなく、他の冷却流体でも構わず、又、その温度も限定されるものではない。

そして、本発明によれば、図９に示すように、シート成形用ロール１０１と回転する金属ロール２０との間で、ダイ１２からの溶融樹脂膜１７を挟圧する際には、溶融樹脂膜１７を圧接している金属製弾性外筒１０２及びラバーロール１０６は溶融樹脂膜１７の形状になじんだ状態に変形しながら溶融樹脂膜１７を金属ロール２０に面状態で押し付けることとなる。

その際、図８に示すように、シート成形用ロール１０１が円弧２１状に変形している部分以外の円周方向においては、金属製弾性外筒１０２とラバーロール１０６との間に形成された空間に冷却水１０８が流れているので、効率良く金属製弾性外筒１０２が冷却される。

よって、薄膜シート成形時にもバンク発生がなく、更に、金属製弾性外筒１０２の表面は鏡面であると共に、内部から効率よく直接冷却されているので、シートに厚みムラがあっても平滑性が良好な薄膜シート１８を容易に効率よく成形できる。

ラバーロール１０６の軸受１０７は金属製弾性外筒１０２の外側に配され、環状シール部材１１１Ａ及び転がり軸受１１２が小側板１０９部に配され、環状シール部材Ｃ１１６及び環状シール部材Ｂ１１７が大側板１１４部に配され、さらに、運転時に傷ついた際に交換の必要性がある金属製弾性外筒１０２はラバー部材Ｃ１１５に嵌め合わされた状態になっているので、保守点検、部品交換を全体分解する事なく、軸端部で行う事ができ保守性に優れたものとなっている。

さらに、大側板１１４の偏心方向は常に自動的に一定方向になるので、偏心方向を決める為の回り止め等の余計な部材は必要なく、又、面倒な調整作業も必要が無く、非常にシンプルな構造で取り扱いやすいものとなっている。

ここで、金属製弾性外筒１０２の材料として用いる弾性変形可能な金属薄膜の厚さは、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が好ましい。これは金属薄膜の厚さが０．１ｍｍ以下であると強度不足となり好ましくなく、一方、１ｍｍを超えた場合には弾性変形の自由度が小さく、シート成形時において溶融樹脂膜１７の表面形状の凹凸に柔軟に対応できないおそれがあるからである。

また、金属製弾性外筒１０２の材質は特に限定されるものではないが、例えばばね鋼、ステンレス鋼、ニッケル等を用いるのが好適である。さらに、金属製弾性外筒１０２を溶接継ぎ部のないシームレス構造とすることにより、溶融樹脂膜１７を挟圧する際、溶接継ぎ跡の転写のない良好なシートが成形できる。

ラバー部材Ａ１０３及びラバー部材Ｃ１１５の材質は特に限定されるものでないが、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ネオプレンゴム、シリコンゴム等を例示することができると共に、硬度はＨｓ５０〜９０程度が好ましい。

同様に、ラバー部材Ｂ１１０の材質は特に限定されるものでないが、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ネオプレンゴム、シリコンゴム等を例示することができると共に、硬度はＨｓ２０〜５０程度が好ましい。

水密状態をより確実にする為にラバー部材Ｃ１１５は金属製弾性外筒１０２と適宜接着剤等で接着されてもかまわない。
また、ラバーロール１０６は軸部１０５をもって電動機等で駆動しても良い。

金属製弾性外筒１０２の表面を鏡面仕上げに限定されるものではなく、例えばエンボスや梨地にする事もできる。

図２を用いて本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は、図１０に示したシート成形機に用いる第２の実施の形態にかかる本発明にかかる薄膜シート成形用ロールの概略図である。
なお、図２において、図１に対応する部分の符号及び説明は省略する。

本実施の形態にかる薄膜シート成形用ロールは、図２に示すように、図１に示したシート成形用ロール１０１の小側板１０９及び大側板１１４の外側の両軸部１０５上の転がり軸受２０４上に小円板２０１を回転可能状態に装着し、該小円板２０１の外周部には弾性変形容易なラバー部材Ｄ２０２を被覆し、該ラバー部材Ｄ２０２を抱える状態で半径方向摺動自在な大円板２０３を前記小円板２０１の外周部に配したものである。

シート成形用ロール１０１が金属ロール２０に押し付けられるシート成形時には、大円板２０３は金属ロール２０に当接するとそれ以上は移動しないが、軸部１０５はさらに移動し、ラバー部材Ｄ２０２が潰され、大円板２０３と軸部１０５とは偏心した状態となる。

回転する金属ロール２０に当接した大円板２０３は、金属ロール２０と大円板２０３との径比で回転する。又、小円板２０１と大円板２０３とは、ラバー部材Ｄ２０２が潰された後の径と、大円板２０３の内径との径比で回転する。

軸部１０５と小円板２０１との間は転がり軸受２０４があり、小円板２０１と大円板２０３の間は摺動自在なので、夫々の間に回転数差があっても互いに干渉する事無く回転出来る。

ここで、金属製弾性外筒１０２の端部は、大円板２０３の側面の側面に当てられているので横ズレによる金属製弾性外筒１０２の脱落を防止する事ができる。

１０１薄膜シート成形用ロール
１０２金属製弾性外筒
１０３ラバー部材Ａ
１０４内筒部材
１０５軸部
１０６ラバーロール
１０７軸受
１０８冷却水
１０９小側板
１１０ラバー部材Ｂ
１１１環状シール部材Ａ
１１２転がり軸受
１１４大側板
１１５ラバー部材Ｃ
１１６環状シール部材Ｃ
１１７環状シール部材Ｂ
２０１小円板
２０２ラバー部材Ｄ
２０３大円板
２０４転がり軸受

Claims

少なくとも二以上のロールにより溶融樹脂膜を挟圧しつつ冷却して薄膜シートを成形する薄膜シート成形用ロールにおいて、
両端に軸部を有し該軸部に配された軸受で支持され回転及び弾性変形が可能なラバーロールと、該ラバーロールの外周部の外側に間隙を有して前記ラバーロールを収容する弾性変形が可能な金属薄膜からなる金属製弾性外筒とを備えると共に、外周部に弾性変形自在のラバー部材が被覆され前記軸部に回転可能な状態で装着された小側板と、半径方向自在に摺動可能な状態で前記小側板の外周部に装着された大側板と、該大側板の外周部に被覆され前記金属製弾性外筒と嵌め合い状態にある弾性変形が可能なラバー部材と、前記大側板の外周部と前記金属製弾性外筒の内周部との間に弾性変形自在の環状シール部材とを備えてなる事を特徴とする薄膜シート成形用ロール。
請求項１記載の薄膜シート成形用ロールにおいて、
前記小側板より外側の前記軸部に回転可能に装着され外周部に弾性変形自在のラバー部材を被覆された小円板と、半径方向自在に摺動可能な状態で前記小円板の外周部に装着された大円板とを備えてなる事を特徴とする薄膜シート成形用ロール。
押出機先端に配されたダイから押し出された溶融樹脂膜を、少なくとも二以上の金属ロールに導いて、該溶融樹脂膜の両面を挟圧すると共に、冷却してシートを成形するシート成形装置において、
前記金属ロールのうち少なくとも一つのロールが、請求項１又は２に記載の薄膜シート成形用ロールである事を特徴とするシート成形装置。