JP5253038B2

JP5253038B2 - シート・フィルムのロール成形装置およびロール成形方法

Info

Publication number: JP5253038B2
Application number: JP2008210215A
Authority: JP
Inventors: 作裕坂根; 貞夫隅垣
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: JP2010046798A

Description

本発明は、プラスチックの押出成形シートやフィルムの単材、シート類同士、紙や繊維などの複合材を挟圧成形して冷却し、シート製品やフィルム製品、ラミネート製品、特に光学的用途の極薄シート・フィルムの成形に適したシート・フィルムのロール成形装置およびロール成形方法に関する。

従来の熱可塑性樹脂の押出成形法には、金属ロール挟圧成形法とゴムロール挟圧成形法がある。
金属ロール挟圧成形法は、押出成形機からＴダイを介して互いに平行に配置された主ロールと押さえロール上にシート状の溶融樹脂が供給され、主ロールと押さえロールの間で挟圧されて主ロールの表面に巻き付けられつつ、正確な成形厚みで両ロールの表面の鏡面またはエンボス面が転写成形され、ガイドロールを介して引き出される。これら主ロールと押さえロールは、多くの場合、径が２００〜５００ｍｍで肉厚が１５〜３０ｍｍと剛性の高い金属ロールにより構成され、主ロールと押さえロールは、それぞれ中空部に水や油などの冷却流体が供給されて樹脂を適正な温度に冷却するように構成されている。そして、これら主ロールと押さえロールは剛性の高いロールであるため、溶融樹脂シートを挟圧している状態で主ロールと押さえロールの表面の変形は無く、主ロールと押さえロールの間に溶融樹脂シートの余剰分が溜まるバンクが発生する。

また、弾性体が被覆された主ロールと樹脂との間に、無端状の金属帯を介在させるものもある。
上記金属ロール挟圧成形法において、バンクの量は、挟圧力およびシート状溶融樹脂の成形圧とロール間隔との差、溶融シート供給速度とロール周速度との差、溶融樹脂の粘度と温度に依存しているが、シート・フィルムの成形厚みが薄くなるほどバンク量を少なくする必要があり、溶融樹脂が許容する以上にバンク量が多くなると、製品の表面にバンクマークと呼ばれる横波状の凹凸模様が発生する。このバンク量を適正に許容範囲内で保持することで、緩衝作用となって挟圧部で良好に密着し、鏡面やエンボス面が良好に転写される。他方、このバンク量が許容範囲を越える場合には、挟圧部で樹脂シートに歪みが付与され、この歪みは、樹脂の弾性性質により左右されるが、ロール挟圧力やバンク量、溶融シート、ロール温度差が大きいと比例して大きくなる傾向にある。このような残留歪みがあるシートは、特に光の乱反射や複屈折現象を起こすために、光学的用途たとえば液晶などの表示装置には使用できず、また経時的に歪みが回復するために変形が生じて初期形状を保持できないため、文具類などに適用できないという問題があった。

ゴムロール挟圧成形法は、押さえロールの本体の表面に円筒状ゴムを被覆したもので、低い挟圧力であっても押さえロールの円筒状ゴムが主ロールの表面に沿って変形し、全ての溶融樹脂が挟圧部に送り込まれてバンクが発生することがない。

このゴムロール挟圧成形法では、バンクを形成することなく成形できるため、残留歪みが生じないが、押さえロールのゴム面では金属ロールのような鏡面が得られず、またゴムの熱伝導率が低いため高速成形ができない。さらにゴムが許容する挟圧力が小さいため、エンボス面の十分な転写ができず、さらにゴムの寿命が短いなどの問題があった。

そこで、本出願人は、特許文献１において、主ロールを剛性金属製の高剛性ロールとし、押さえロールを、弾性を有する薄肉金属製の弾性外筒を外嵌させた金属弾性ロールとし、さらに弾性外筒の肉厚／ロール半径≦０．０３として、弾性外筒自体の持つ弾性（可撓性）で高剛性ロールへの押圧部分を凹ませて主ロールに面接触させるシート・フィルムの成形用ロール装置を提案した。
特許第３１９４９０４号

上記従来の成形用ロール装置により鏡面転写する場合、光学的用途に使用可能なシート・フィルムの成形厚みが０．３ｍｍ程度であるが、このように薄い成形厚みでは、安定して製造することが困難で歩留まりも悪いという問題があり、さらに近年では、さらに薄いシート・フィルムも求められているという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決して、残留歪みがなく光学的用途に好適なシート・フィルムの成形厚みをより薄く、かつ歩留まりもよく安定して成形でき、またエンボス面等の転写も高精度で行えるシート・フィルムのロール成形装置およびロール成形方法を提供することを目的とする。

請求項１記載のシート・フィルムのロール成形装置は、押出成形機から押出されるシート状溶融樹脂(P)を主ロール(10)と第１押さえロールとで挟圧成形する第１挟圧部(1)と、当該第１挟圧部(1)から主ロール(10)の外周面に沿って送り出されたシート状溶融樹脂(P)を主ロール(10)と第２押さえロールとにより挟圧成形する第２挟圧部(2)とを具備したシート・フィルムのロール成形装置であって、主ロール(10)は、外周部に厚肉金属製の剛性外筒(11)が配置されて成形圧で変形しない高剛性に形成されるとともに、当該剛性外筒(11)の内周部に冷却空間(15)が形成され、第１押さえロールを、外周部に弾性を有する薄肉金属製の弾性外筒(21)が配置されその内周部に冷却空間(25)が形成された第１金属弾性ロール(20)とし、第２押さえロールを、外周部に弾性を有する薄肉金属製の弾性外筒(31)が配置されその内周部に冷却空間(35)が形成された第２金属弾性ロール(30)とし、第２金属弾性ロール(30)の弾性外筒(31)の肉厚(t3)が、第１金属弾性ロール(20)の弾性外筒(21)の肉厚(t2)をより厚く形成されるとともに、第２挟圧部(2)の成形圧(F2)が第１挟圧部(1)の成形圧(F1)より大きく設定され、第２挟圧部(2)は、主ロール(10)の外周面に沿って案内されるシート状溶融樹脂(P)の温度が、ガラス転位点以上で当該ガラス転位点から４０℃高い温度以下の範囲内に配置されたものである。

請求項２記載のシート・フィルムのロール成形装置は、請求項１記載の構成において、弾性外筒(21)を有する第１金属弾性ロール(20)と弾性外筒(31)を有する第２金属弾性ロール(30)の少なくとも一方は、主ロール(10)と平行な軸心(O2)(O3)上に配置された内筒軸(23)(33)と、当該内筒軸(23)(33)から一定角度ごとに半径方向に突設されて冷却空間(25)(35)を周方向に区画する複数のリブ(24)(34)とを具備し、前記少なくとも一方の弾性外筒(21)(31)は、前記リブ(24)(34)の外周側に成形圧(F1)(F2)による弾性変形で接触しない隙間をあけて外嵌され、前記内筒軸(23)(33)に、当該内筒軸(23)(33)の軸心穴(23a)(33a)から供給された冷却流体を複数の前記冷却空間(25)(35)に分散供給する開口部(23b)(33b)が形成されたものである。

請求項３記載のシート・フィルムのロール成形装置は、請求項１または２記載の構成において、第１金属弾性ロール(20)の外径：Ｄ２と第１弾性外筒(21)の肉厚：ｔ２とを、０．００５≦ｔ２／Ｄ２≦０．０１０の範囲とし、第２金属弾性ロール(30)の外径：Ｄ３と第２弾性外筒(31)の肉厚：ｔ３とを、０．００８≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５（但し、ｔ２＜ｔ３）の範囲とし、第１挟圧部(1)の成形圧：Ｆ１と第２挟圧部(2)の成形圧：Ｆ２とを、１．５≦Ｆ２／Ｆ１≦１０の範囲としたものである。

請求項４記載のシート・フィルムのロール成形方法は、押出成形機から押出されるシート状溶融樹脂(P)を、外周部に厚肉金属製の剛性外筒(11)が外嵌されて内周部に冷却空間(15)を形成した主ロール(10)の外周部の、第１挟圧部(1)と第２挟圧部(2)とで成形するに際し、第１挟圧部(1)で、シート状溶融樹脂(P)を、外周部に弾性を有する薄肉金属製の第１弾性外筒(21)が外嵌されて内周部に冷却空間(25)を形成した第１金属弾性ロール(20)と、前記主ロール(10)とで挟圧成形し、第１挟圧部(1)から送り出されるシート状溶融樹脂(P)を、ガラス転位点以上で当該ガラス転位点から４０℃高い温度以下の範囲で、第２挟圧部(2)に導入し、第２挟圧部(2)で、外周部に前記第１弾性外筒(21)より肉厚が大きくかつ弾性を有する薄肉金属製の第２弾性外筒(31)が外嵌されて内周部に冷却空間(35)を形成した第２金属弾性ロール(30)と、主ロール(10)とで、第１挟圧部(1)の成形圧(F1)より大きい成形圧(F2)で挟圧成形するものである。

請求項１記載のシート・フィルムのロール成形装置または請求項４記載のシート・フィルムのロール成形方法によれば、第１挟圧部で第１弾性外筒による弾性変形により、第１金属弾性ロールをシート状溶融樹脂を介して主ロールに面接触させて挟圧成形した後、主ロールの外周面に案内されるシート状溶融樹脂の温度がガラス転位点まで下がる前の４０℃以下の範囲で、シート状溶融樹脂を第２挟圧部に導入する。この第２挟圧部で、第２弾性外筒の弾性変形により第２金属弾性ロールをシート状溶融樹脂を介して主ロールに面接触させて再度挟圧成形する。これにより、第１挟圧部で挟圧成形されたシート状溶融樹脂の裏面が、外気に触れて冷却され成形精度が低下するが、第２挟圧部で第２金属弾性ロールにより面接触させて挟圧成形することにより、シート状溶融樹脂に鏡面やエンボス面を効果的に転写して、残留歪みがなく光学的用途に好適なシート・フィルムを安定して成形することができる。また第２挟圧部では、第１弾性外筒よりも肉厚が大きい第２弾性外筒を使用し、かつ第１挟圧部の成形圧より大きい成形圧で挟圧成形することにより、温度が低下して硬化が進むシート状溶融樹脂に対する主ロールと第２金属弾性ロールの密着性を高めて、高精度で転写することができる。これにより、成形厚みの薄いシート・フィルムを歩留まりもよく安定して成形することができる。

請求項２記載の発明によれば、内筒軸から半径方向に取り付けられたリブで、冷却空間を複数に区画することにより、冷却流体を均一に分散させて周方向で均一に冷却することができる。また弾性外筒とリブとの間に、成形圧による弾性変形で接触しない隙間を形成したので、挟圧部で成形の妨げになることもなく、また必要以上の成形圧が弾性外筒に加わった時に、弾性外筒の塑性変形を防止することができる。

請求項３記載の発明によれば、薄肉金属製の第１，第２弾性外筒は、同一の肉厚で同一の成形圧であれば、外径が小さいほど弾性変形が小さい。そこで第１弾性外筒の肉厚を、０．００５≦ｔ２／Ｄ２≦０．０１０の範囲とし、第２弾性外筒の肉厚を、０．００８≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５の範囲とするとともに、第２挟圧部の成形圧を第１挟圧部の成形圧の２倍以上で１０倍以下とすることにより、第１挟圧部では、弾性変形された第１弾性外筒と主ロールとを、高温温度で柔軟なシート状溶融樹脂に面接触させて転写を高精度で行うことができる。また第２挟圧部では、弾性変形された第２弾性外筒と主ロールとを、冷却されて硬化が進むシート状溶融樹脂に十分に面接触させて転写を高精度で行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
このシート・フィルムのロール成形装置は、図１，図２に示すように、押出機からＴダイＤを介して押出されたシート状溶融樹脂Ｐを、第１挟圧部１で主ロール１０と第１金属弾性ロール（押さえロール）２０との間で挟圧成形し、主ロール１０の外周面に沿って案内されるシート状溶融樹脂Ｐを、第２挟圧部２で主ロール１０と第２金属弾性ロール（押さえロール）３０との間で挟圧成形するものである。

［主ロール］
主ロール１０は、回転軸１２に軸心Ｏ１上に配置された内筒軸１３と、この内筒軸１３から一定角度ごとに半径方向に突設され内筒軸１３の外周空間を周方向に分割して複数の冷却通路（冷却空間）１５を形成する複数のリブ１４と、両端部が回転軸１２にそれぞれ支持されるとともにリブ１４の外周部に外嵌されて支持される剛性外筒１１とを具備し、剛性外筒１１は、成形圧で変形しない厚肉金属製で高剛性に形成され、たとえば肉厚が２０〜３０ｍｍ程度の継ぎ目無し鋼管（シームレス管）により形成されて、外周面が鏡面またはエンボス面に仕上げられている。

この主ロール１０は、冷却通路１５に冷却油（冷却流体）を供給してロール温度を成形樹脂材質に合わせてコントロールするために、回転軸１２の一端側に形成された給油穴１６が内筒軸１３の軸心穴１３ａに接続され、内筒軸１３の他端側で軸心穴１３ａが開口されて他端開口部１３ｂが形成されている。そして他端開口部１３ｂが、内筒軸１３と剛性外筒１１との間に一定角度ごとに連結されて軸心Ｏ１周りにスパイラル状に形成された複数のリブ１４により分割された複数の冷却通路１５に連通され、またこれら冷却通路１５は、回転軸１０の左右一端側で、給油穴１６の外周部に形成された排油穴１７に接続されている。したがって、給油穴１６から軸心穴１３ａに供給された冷却油は、他端開口部１３ｂから迂回されて複数の冷却通路１５にそれぞれ均一に分散供給され、剛性外筒１１を介してシート状溶融樹脂Ｐを冷却した後、排油穴１７から排出される。
これらスパイラル状に形成された複数の冷却通路２５により、より均一な冷却が可能となる。

なお、リブ１４を軸心Ｏ１周りにスパイラル状に形成したが、軸心Ｏ１方向に沿う直板状に形成することもできる。
［第１金属弾性ロール］
第１金属弾性ロール２０は、回転軸２２の軸心Ｏ２上に配置された内筒軸２３と、この内筒軸２３のロール全幅にわたって一定角度（図では６０°）ごとに半径方向に突設されて冷却通路（冷却空間）２５を周方向に沿って区画する複数（図では６枚）のリブ２４と、両端が回転軸２２に支持されるとともにリブ２４の外周側に、第１挟圧部１の成形圧：Ｆ１による弾性変形で第１弾性外筒２１が接触せず、かつ近接する隙間をあけて外嵌された第１弾性外筒２１とを具備している。この第１弾性外筒２１は、シームレス鋼管などにように継ぎ目の無い薄肉鋼管（シームレス管）により形成された弾性（可撓性）を有する肉厚：ｔ２の薄肉金属製で、成形圧：Ｆ１により変形して主ロール１０にシート状溶融樹脂Ｐを介して所定の実面接触長さＫ１（後述の面接触長さｋ１とは異なる）で周方向に面接触するように構成されている。

そして回転軸２２の左右一端側に冷却油（冷却流体）が供給される給油穴２６が形成され、この給油穴２６が内筒軸２３の軸心穴２３ａに接続されている。内筒軸２６の他端部には、軸心穴２３ａが開口された他端開口部（開口部）２３ｂが形成され、この他端開口部２３ｂが、内筒軸２３と第１弾性外筒２１との間で一定角度ごとに配置されて軸心Ｏ２周りにスパイラル状に形成された複数のリブ２４により区画された複数の冷却通路２５に連通され、冷却通路２５は回転軸２２の左右一端側で給油穴２２の外周部に形成された排油穴２７に接続されている。したがって、給油穴２６から軸心穴２３ａに供給された冷却油は、他端開口部２３ｂから迂回されて複数の冷却通路２５に均一に分散供給され、第１弾性外筒２１を介してシート状溶融樹脂Ｐを冷却した後、排油穴２７から排出される。またスパイラル状に形成された複数の冷却通路２５により、より均一な冷却が可能となる。

なお、リブ２４を軸心Ｏ２周りのスパイラル状に形成したが、軸心Ｏ２方向に沿う直板状に形成することもできる。
［第２金属弾性ロール］
第２金属弾性ロール３０は、回転軸３２のロール軸心Ｏ３上に配置された内筒軸３３と、この内筒軸３３からロール全幅にわたって一定角度（図では６０°）ごとに半径方向に突設されて冷却通路（冷却空間）３５を区画する複数（図では６枚）のリブ３４と、両端が回転軸３２に支持されるとともにリブ１４の外周部に、第２挟圧部２の成形圧：Ｆ２による弾性変形で接触、かつ近接する隙間をあけて外嵌された第２弾性外筒３１とを具備している。そして第２弾性外筒３１は、シームレス鋼管などにように継ぎ目の無い薄肉鋼管（シームレス管）により形成された弾性（可撓性）を有する肉厚：ｔ３の薄肉金属製で、成形圧：Ｆ２により変形して主ロール１０にシート状溶融樹脂Ｐを介して所定の実接触長さＫ２（後述の面接触長さｋ２とは異なる）で面接触するように構成されている。

そして回転軸３２の一端側に冷却油（冷却流体）が供給される給油穴３６が形成され、この給油穴３６が内筒軸３３の軸心穴３３ａに接続されている。内筒軸３３の他端部には、軸心穴３３ａが開口された他端開口部（開口部）３３ｂが形成され、この他端開口部３３ｂが、内筒軸３３と第２弾性外筒３１との間で一定角度ごとに配置されて軸心Ｏ３周りにスパイラル状に形成された複数のリブ３４により区画された複数の冷却通路３５に連通され、冷却通路３５は回転軸３２の左右一端側で、給油穴３６の外周部に形成された排油穴３７に接続されている。したがって、給油穴３６から軸心穴３３ａに供給された冷却油は、他端開口部３３ｂから迂回されて複数の冷却通路３５に均一に分散供給され、第２弾性外筒３１を介してシート状溶融樹脂Ｐを冷却した後、排油穴３７から排出される。またスパイラル状に形成された複数の冷却通路３５により、より均一な冷却が可能となる。

なお、リブ３４を軸心Ｏ３周りのスパイラル状に形成したが、軸心Ｏ３方向に沿う直板状に形成することもできる。
［成形方法］
上記構成において、第１挟圧部１で、押出機からＴダイＤを介して押出されたシート状溶融樹脂Ｐが、主ロール１０と第１金属弾性ロール２０との間の第１挟圧部１に供給される。第１挟圧部１では、周速度Ｖ１で回転される主ロール１０と、周速度Ｖ２（樹脂の種類や温度、性状により、Ｖ１＞Ｖ２、Ｖ１＝Ｖ２、Ｖ１＜Ｖ２から選択される）で回転され、かつ主ロール１０に対して所定の成形圧（線圧力：Ｆ１）で押圧される第１金属弾性ロール２０との間にシート状溶融樹脂Ｐが供給されて挟圧形成される。この時、第１弾性外筒２１が弾性変形して、主ロール１０の表面にシート状溶融樹脂Ｐを介して面接触し、この接触面における周方向の長さが実面接触長さ：Ｋ１である。なお、この第１挟圧部１で、バンクはほとんど確認できず、実面接触長さ：Ｋ１で余分な樹脂を外端側に押出して分散させ成形厚みを均一化するというバンクと同様の作用効果を奏しているものと考えられる。

次いで主ロール１０の外周面に案内されたシート状溶融樹脂Ｐが第２挟圧部２に導入され、周速度Ｖ１で回転される主ロール１０と、周速度Ｖ３（樹脂の種類や温度、性状により、Ｖ１＞Ｖ３、Ｖ１＝Ｖ３、Ｖ１＜Ｖ３から選択される）で回転され、かつ主ロール１０に対して所定の成形圧（線圧力：Ｆ２）で押圧される第２金属弾性ロール３０との間で挟圧成形されて導出される。この時、第２弾性外筒３１が弾性変形して、第２金属弾性ロール３０が主ロール１０にシート状溶融樹脂Ｐを介して面接触し、この接触面における周方向の長さが実面接触長さ：Ｋ２である。

第２挟圧部２は、主ロール１０に案内されるシート状溶融樹脂Ｐの温度が、シート状溶融樹脂Ｐのガラス転位点以上で、ガラス転位点より４０℃高い温度以下の範囲に配置されている。第１挟圧部１において主ロール１０と第１金属弾性ロール２０により冷却され挟圧成形されたシート状溶融樹脂Ｐの表面が、主ロール１０の外周面に接して冷却され、裏面が外気（雰囲気）に晒されて放冷凝固され、この放冷により裏面に形成された鏡面やエンボス面が劣化し、これが転写精度を低下させる原因となっている。このため、温度がガラス転位点となる以前でガラス転位点より４０℃高い温度以下でシート状溶融樹脂Ｐを第２挟圧部２に導入するように第２金属弾性ロール３０を配置して、再度挟圧成形している。ここで、シート状溶融樹脂Ｐの温度がガラス転位点以下となると、樹脂の柔軟性がさらに低くなり、シート状溶融樹脂Ｐと第２金属弾性ロール３０とが密着せず、転写精度が低くなるからであり、ガラス転位点から４０℃を越えると、第２金属弾性ロール３０による挟圧成形後に、放熱により再度転写精度が劣化する恐れがあるからである。第２挟圧部２の位置を調整する場合には、図１（ａ）に仮想線で示すように、第２挟圧部２に導入するシート状溶融樹脂Ｐの温度に対応して、第２金属弾性ロール３０を主ロール１０の軸心Ｏ１を中心に回動させて位置決めすればよい。

このように、第２挟圧部２では、ガラス転位点以上で、ガラス転位点を４０℃越えた温度範囲で、シート状溶融樹脂Ｐを主ロール１０と第２金属弾性ロール３０とで再度挟圧成形することにより、鏡面やエンボス面を高精度で鮮明に転写することができる。

なお、特許文献１を含む従来の成形ロール装置には、主ロールの外周面からシート状溶融樹脂Ｐを引き離すロールを配置している例が多く見られるが、このロールは、ガラス転位点以下に冷却されたシート状樹脂を案内して導き出すためのもので、挟圧成形するものではない。

［主ロールと第１，第２金属弾性ロールの具体例］
主ロール１０は、ＴダイＤの出口から第１挟圧部１までのエアギャップを小さくするために、特別なロール成形装置を除いて外径：Ｄ１＝６００ｍｍ以下に形成されており、また第１金属弾性ロール２０の外径：Ｄ２および第２金属弾性ロール３０の外径：Ｄ３は、薄肉のシームレス管を使用することなどの製造上の問題などから、通常、主ロール１０の外径：Ｄ１と同じか、または幾分小径に形成され、Ｄ２＝Ｄ３＝（０．６５〜１．００）×Ｄ１の範囲に形成されている。

また第１，第２弾性外筒２１，３１は、ゴム弾性に近い弾性（柔軟性と可撓性、復元性）をもたせるために、弾性力学の薄肉円筒理論が適用できる範囲内で薄肉化が図られている。第１金属弾性ロール２０の肉厚：ｔ２、第２金属弾性ロール３０の肉厚：ｔ３とすると、この薄肉円筒理論で評価される可撓性は、ｔ２／ｒ≦０．０３（Ｄ２＝６００ｍｍで、ｔ２は９ｍｍ以下）、ｔ３／ｒ≦０．０３（Ｄ３＝６００ｍｍで、ｔ３は９ｍｍ以下）の場合に好適な条件となる（ｒはロール半径）。

第１挟圧部１に対して第２挟圧部２では、シート状溶融樹脂Ｐの冷却が進み温度が低いために樹脂の柔軟性（粘度）も低い。したがって、第２挟圧部２で挟圧成形による効果を得るためには、第１挟圧部１の成形圧：Ｆ１に比較して第２挟圧部２の押圧力：Ｆ２を大きく（Ｆ１＜Ｆ２）設定することが必要となり、たとえば後述の実験１では、Ｆ２（線圧力）／Ｆ１（線圧力）＝２．０５〜８．１４としており、近似値において、Ｆ２／Ｆ１＝１．５〜１０．０の範囲が適正であると推測される。ここで、Ｆ２／Ｆ１＝１．５未満では、第２挟圧部２において、第２金属弾性ロール３０とシート状溶融樹脂Ｐとの密着ができず、転写精度が低下する。またＦ２／Ｆ１＝１０．０を越えると、第２弾性外筒３１の肉厚ｔ３を大きくする必要があり、実面接触長さＫ２を確保しにくくなるからである。

［金属弾性ロールのクラウニング］
ところで、第１，第２弾性外筒２１，３１は、肉厚ｔ２，ｔ３を小さくすることで弾性と復元性が高くなるが、成形圧：Ｆ１，Ｆ２を高めてゆくと、第１，第２金属弾性ロール２０，３０の両端部の弾性（可撓性）が低いため、第１，第２金属弾性ロール２０，３０は中央部から端部にかけて凹状の鼓形に湾曲する。これは、後述の実験２の図７に表れている。これによりシート状溶融樹脂Ｐの成形厚みが中央部ほど厚くなり、極端な場合には両端部で主ロール１０と第１，第２金属弾性ロール２０，３０が接触するおそれがある。そのため、図３に示すように、第１，第２弾性外筒２１，３１の中央部（ＣＬ）の外径が両端部の外径よりも所定のクラウニング量：Ｃだけ大きい太鼓形に形成されている。このクラウニング量：Ｃは、ロール幅や樹脂特性にもよるが、ロール幅が８００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度では、Ｃ＝０．０５〜０．２ｍｍの範囲で補正効果が得られ、これによりシート状溶融樹脂Ｐの中央部の厚肉化を防止できる。

また、第１，第２弾性外筒２１，３１の挟圧力の増大に伴って鼓形になるのを防止する別の手段として、図４に示すように、第１，第２弾性外筒２１，３１の両端部近傍に肉厚：ｔ１，ｔ２を減肉量：ΔＨだけ減少させる溝部２８，３８を全周にわたってそれぞれ形成してもよい。この溝部２８，３８により、第１，第２弾性外筒２１，３１の両端部の可撓性を高めてシート状溶融樹脂Ｐの両端部の薄肉部分を挟圧せず、また主ロール１０の剛性外筒１１と第１，第２弾性外筒２１，３１との端部接触を防止することができる。なお、減肉量：ΔＨの適正範囲は、肉厚：ｔ１，ｔ２に対して３０％〜５０％の範囲であり、３０％より少ないと可撓性の向上が少なく、５０％を越えると強度が不足するためである。

また、上記クラウニング量：Ｃと溝部２８，３８は、それぞれ単独でもよいが、両方を組み合わせることにより、第１，第２弾性外筒２１，３１の湾曲による悪影響をより効果的に排除することができる。
［実験１］
上記実験例１〜４と比較例１，２の実験結果を、図５を参照して説明する。

・主ロール１０は、外径：３５０ｍｍ、剛性外筒１１の材質はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）で、肉厚：２０ｍｍである。
・第１（弾性）ロール２０Ａは、外径：３００ｍｍ、第１弾性外筒２１の材質はＳＣＭ４４０（クロムモリブデン鋼）で、肉厚２．０ｍｍである。

・第１（弾性）ロール２０Ｂは、外径３００ｍｍ、第１弾性外筒２１の材質はＮｉ（ニッケル電鋳）で、肉厚：２．０ｍｍである。
・第２（弾性）ロール３０は、外径：３５０ｍｍ、第２弾性外筒３１の材質はＳＡＣＭ４４０（クロムモリブデン鋼）で、肉厚：３．０ｍｍである。

・第２ロールに使用した剛性ロールは、外径：３００ｍｍ、剛性外筒の材質はＳＡＣＭ４４０（クロムモリブデン鋼）で、肉厚：１７．０ｍｍである。
図５によれば、実験例１〜４において、成形シートの成形厚みが０．３〜０．５ｍｍの範囲で、鏡面転写も良好なシートを成形することができた。

ロールの回転速度について、第１金属弾性ロール２０の回転速度Ｖ２は、主ロール１０の回転速度Ｖ１に対して＋３．０％〜−５．０％の範囲であり、また第２金属弾性ロール３０の回転速度Ｖ３は、主ロール１０の回転速度Ｖ１に対して＋０．１％〜−３．０％であった。したがって、第１金属弾性ロール２０と第２金属弾性ロール３０の回転速度Ｖ１，Ｖ２は樹脂や成形厚みにより左右され、特に第１金属弾性ロール２０の回転速度Ｖ１を大きく変化させて調整する必要がある。

成形圧について、第１金属弾性ロール２０の成形圧（線圧力）Ｆ１に対する第２金属弾性ロール３０の成形圧（線圧力）Ｆ２の比（Ｆ２／Ｆ１）が、２．０５〜８．１４であり、これにより、近似値として、第１挟圧部１と第２挟圧部２における成形圧比が１．５〜１０の範囲が適正であることを推測することができる。

なお、第２ロールに剛性ロールを使用した比較例１、２では、第２挟圧部２での密着性を高めるために、成形圧（線圧力）の比（Ｆ２／Ｆ１）を１２〜２１と大きくしても、シート状樹脂Ｐを第２金属弾性ロール３０に密着させることができず、良好なシート状樹脂が得られなかった。

［弾性外筒の肉厚について］
ところで、薄肉金属製の弾性外筒２１，３１は、同一の肉厚で同一の成形圧であれば、外径Ｄ２，Ｄ３が小さいほど弾性変形が小さくなる。第１金属弾性ロール２０の第１弾性外筒２１について、たとえば最小外径：Ｄ２min＝３００ｍｍとした場合、肉厚：ｔ２＝２．０〜２．５ｍｍが適正と考えられ、また最大外径：Ｄ２max＝４００ｍｍとした場合、肉厚：ｔ２＝３．０〜３．５ｍｍが適正と考えられる。すると、
ｔ２／Ｄ２min＝（２．０〜２．５）／３００＝０．００６７〜０．００８３
ｔ２／Ｄ２max＝（３．０〜３．５）／４００＝０．００７５〜０．００８６
となり、０．００６７≦ｔ２／Ｄ２≦０．００８６となる。
この近似値において、０．００５≦ｔ２／Ｄ２≦０．０１０が適正範囲と推測できる。

これは、第１挟圧部１では、シート状溶融樹脂Ｐの温度が高く、十分に柔軟性があり、小さい加圧力Ｆ１で第１弾性外筒２１が弾性変形してシート状溶融樹脂Ｐに十分に密着し精度良く転写できるからである。

また第２金属弾性ロール３０の第２弾性外筒３１について、たとえば最小外径：Ｄ３min＝３００ｍｍとした場合、肉厚：ｔ３＝３．０〜４．５ｍｍが適正と考えられ、最大外径：Ｄ３max＝４５０ｍｍとした場合、肉厚：ｔ３＝４．０〜５．０ｍｍが適正と考えられる。すると、
ｔ３／Ｄ３min＝（３．０〜４．０）／３００＝０．０１０〜０．０１５０
ｔ３／Ｄ３max＝（４．０〜５．０）／４５０＝０．００８９〜０．０１１
となり、０．００８９≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５となる。
この近似値において、０．００８≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５が適正範囲と推測できる。

これは、第２挟圧部２では、シート状溶融樹脂Ｐが冷却されて流動性が低下され、硬化が進んでいるため、大きい加圧力Ｆ２で第２弾性外筒３１を強くシート状溶融樹脂Ｐに面圧着させて密着させることにより、精度良く転写できるからである。

［実験２］
ここで、第１挟圧部１の成形圧Ｆ１による第１金属弾性ロール２０と主ロールの面接触による周方向の面接触長さｋ１（実面接触長さＫ１とは異なる）と、第２挟圧部２の成形圧Ｆ２による第２金属弾性ロール３０と主ロール１０との面接触による周方向の面接触長さｋ２（実面接触長さＫ２とは異なる）とを、シート状溶融樹脂Ｐに替えて、感圧紙（厚み０．２ｍｍ、フジフィルム製、商標名：プレースケール、品番ＬＬＬ−Ｗ）を使用して測定した結果を図６、図７を参照して説明する。

・主ロール１０は、実験１と同じであり、ロール幅：１２００ｍｍ、ロール有効幅：８３０ｍｍである。
・第１金属弾性ロール２０Ａは、実験１と同じであり、ロール幅：１５００ｍｍ、ロール有効幅：１０６０ｍｍである。

・第１金属弾性ロール２０Ｂは、実験１と同じであり、ロール幅：１５００ｍｍ、ロール有効幅：１３２０ｍｍである。
・第２金属弾性ロール３０は、実験１と同じであり、ロール幅：１２００ｍｍ、ロール有効幅：１０９０ｍｍである。

主ロール１０に対して、第１金属弾性ロール２０Ａ，２０Ｂと第２金属弾性ロール３０とを使用して感圧紙を成形圧Ｆ１、Ｆ２で挟圧し、ロールセンターからほぼ１００ｍｍごとに面接触長さｋ１，ｋ２を測定した。ここで、成形圧Ｆ１，Ｆ２は、実験例１〜４の範囲であり、第１挟圧部１の成形圧（線圧力）Ｆ１＝４．６７〜１１．８３Ｎ／ｍｍ、第２挟圧部２の成形圧（線圧力）Ｆ２＝２４．２２〜４８．４５Ｎ／ｍｍである。この成形圧（線圧力）の比（Ｆ２／Ｆ１）は、最小が５．１９（24.22/4.67）、また最大が１０．４２（48.45/4.67）である。

図６、図７によれば、第１挟圧部１の成形圧Ｆ１より第２挟圧部２の成形圧Ｆ２が大きくても、第１金属弾性ロール２０Ａ，２０Ｂの第１弾性外筒２１の肉厚：ｔ２＝２ｍｍより、第２金属弾性ロール３０の第２弾性外筒３１の肉厚：ｔ３＝３ｍｍが厚いため、面接触長さ：ｋ１，ｋ２が２．１〜３．１ｍｍの範囲に収まっており、第１挟圧部１と第２挟圧部２の面接触長さ：ｋ１，ｋ２をほぼ等しい範囲に設定することが好ましい。これにより、第２弾性外筒３１とシート状溶融樹脂Ｐとを密着させて良好な転写を行うことができる。

したがって、第１挟圧部１の成形圧：Ｆ１により、主ロール１０と第１金属弾性ロール２０とを加圧して直接当接させた時の周方向の面接触長さｋ１と、第２挟圧部２の成形圧：Ｆ２により、主ロール１０と第２金属弾性ロール３０とを加圧して直接当接させた時の周方向の面接触長さｋ２とを略同一で、約１．０ｍｍ前後の範囲に設定することにより、第１挟圧部１と第２挟圧部２とで、主ロール１０と第１，第２金属弾性ロール２０，３０とをシード状溶融樹脂Ｐを介してそれぞれ十分に面接触させて挟圧成形することができ、シート状溶融樹脂Ｐの成形厚みを薄くできて、鏡面やエンボス面を良好に転写することができる。

ところで、実験２に使用した感圧紙は、固体で柔軟性がなく、シート状溶融樹脂Ｐとは性質が異なっている。また第１挟圧部１におけるシート状溶融樹脂Ｐと比較して、第２挟圧部２におけるシート状溶融樹脂Ｐは、冷却されて柔軟性が低い。したがって、第１挟圧部１において、主ロール１０にシート状溶融樹脂Ｐを介して第１金属弾性ロール２０で挟圧した時の実面接触長さ：Ｋ１は、（２．１〜３．１ｍｍ）×１．８〜２．２程度で、３．７〜７．０ｍｍと考えられ、また第２挟圧部２において、主ロール１０にシート状溶融樹脂Ｐを介して第２金属弾性ロール３０で挟圧した時の実面接触長さ：Ｋ２は、（２．１〜３．１ｍｍ）×１．３〜１．７程度で、約２．５〜６ｍｍ程度と考えられる。なお、ここで実面接触長さ：Ｋ１，Ｋ２となるシート状溶融樹脂Ｐの肉厚は０．３〜０．５ｍｍである。

［実施の形態の効果］
上記実施の形態によれば、第１挟圧部１で第１弾性外筒２１による弾性変形により、第１金属弾性ロール２０をシート状溶融樹脂Ｐを介して主ロール１０に面接触させて挟圧成形した後、シート状溶融樹脂Ｐの温度がガラス転位点以上でガラス転位点から４０℃高い温度以下の範囲で、主ロール１０の外周面に案内されるシート状溶融樹脂Ｐを第２挟圧部２に導入する。そして第２挟圧部２で、第２弾性外筒３１の弾性変形により第２金属弾性ロール３０をシート状溶融樹脂Ｐを介して主ロール１０に面接触させて再度挟圧成形する。これにより、第１挟圧部１０で挟圧成形されたシート状溶融樹脂Ｐの裏面が、外気に触れて空冷されることにより成形精度が低下していても、ガラス転位点まで冷却される前に第２挟圧部２で再度挟圧成形することにより、成形厚みの薄いシート状溶融樹脂Ｐに、鏡面やエンボス面を良好に転写して、残留歪みがなく光学的用途に好適なシート・フィルムを成形することができる。また第２挟圧部２で、第１弾性外筒２１よりも肉厚が大きい第２弾性外筒３１を使用し、かつ第１挟圧部１の成形圧Ｆ１より大きい成形圧Ｆ２で挟圧成形することにより、温度が低下して硬化が進むシート状溶融樹脂Ｐと第２金属弾性ロール３０との密着性を高めて高精度で転写することができる。これにより、成形厚みの薄いシート・フィルムを、歩留まりもよく安定して成形することができる。

また第１弾性外筒２１の肉厚ｔ２を、０．００５≦ｔ２／Ｄ２≦０．０１０の範囲とし、第２弾性外筒３１の肉厚ｔ３を、０．００８≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５の範囲とする。そして第２挟圧部２の成形圧Ｆ２を、第１挟圧部１の成形圧Ｆ１の２倍以上で１０倍以下とすることにより、第１挟圧部１および第２挟圧部２で第１，第２弾性外筒２１，３１を効果的に弾性変形させて、十分な実面接触長さＫ１，Ｋ２で面接触させることができ、シート状溶融樹脂Ｐに高精度で転写することができる。

さらに、第１挟圧部１と第２挟圧部２における主ロール１０と第１，第２金属弾性ロール２０，３０との面接触長さｋ１＜ｋ２を略同一とすることにより、第２挟圧部における第２弾性外筒３１とシート状溶融樹脂Ｐとの面接触を十分に行うことができ、転写を高精度で行うことができて０．８〜０．３ｍｍやそれ以下の薄い成形厚みのシート・フィルムを安定して製造することができる。

さらにまた、第１金属弾性ロール２０および第２金属弾性ロール３０において、内筒軸２３，３３から半径方向に取り付けられた複数のリブ２４，３４により、冷却通路２５，３５を複数に区画するので、冷却油を均一に分散させて周方向で均一に冷却することができる。また第１，第２弾性外筒２１，３１とリブ２４，３４との間に、成形圧Ｆ１，Ｆ２による弾性変形で接触しない隙間を形成したので、第１，第２挟圧部１，２における挟圧成形時の妨げになることもなく、また必要以上の成形圧Ｆ１，Ｆ２が弾性外筒２１，３１に加わった時に、弾性外筒２１，３１の塑性変形を防止することができる。

本発明に係るシート・フィルムのロール成形装置の実施の形態を示す横断面図で、（ａ）は部材の構成を示し、（ｂ）は寸法等の構成要素を示す。ロール成形装置の平面視の断面図である。金属弾性ロールのクラウニング量の説明図である。金属弾性ロールの溝部を示す部分断面図である。実験１の結果を示す図表である。実験２の結果を示す図表である。実験２の結果を示すグラフである。

符号の説明

Ｐシート状溶融樹脂
ＤＴダイ
Ｆ１第１挟圧部の成形圧
Ｆ２第２挟圧部の成形圧
１第１挟圧部
２第２挟圧部
１０主ロール
１１剛性外筒
１５冷却通路
２０第１金属弾性ロール
２１第１弾性外筒
２５冷却通路
３０第２金属弾性ロール
３１第２弾性外筒
３５冷却通路

Claims

押出成形機から押出されるシート状溶融樹脂を主ロールと第１押さえロールとにより挟圧成形する第１挟圧部と、当該第１挟圧部から主ロールの外周面に沿って送り出されたシート状溶融樹脂を主ロールと第２押さえロールとにより挟圧成形する第２挟圧部とを具備したシート・フィルムのロール成形装置であって、
主ロールは、外周部に厚肉金属製の剛性外筒が配置されて成形圧で変形しない高剛性に形成されるとともに、当該剛性外筒の内周部に冷却空間が形成され、
第１押さえロールを、外周部に弾性を有する薄肉金属製の弾性外筒が配置されその内周部に冷却空間が形成された第１金属弾性ロールとし、
第２押さえロールを、外周部に弾性を有する薄肉金属製の弾性外筒が配置されその内周部に冷却空間が形成された第２金属弾性ロールとし、
第２金属弾性ロールの弾性外筒の肉厚が第１金属弾性ロールの弾性外筒の肉厚をより厚く形成されるとともに、第２挟圧部の成形圧が第１挟圧部の成形圧より大きく設定され、
第２挟圧部は、主ロールの外周面に沿って案内されるシート状溶融樹脂の温度が、ガラス転位点以上で当該ガラス転位点から４０℃高い温度以下の範囲に配置された
ことを特徴とするシート・フィルムのロール成形装置。
弾性外筒を有する第１金属弾性ロールおよび弾性外筒を有する第２金属弾性ロールの少なくとも一方は、
主ロールと平行な軸心上に配置された内筒軸と、
当該内筒軸から一定角度ごとに半径方向に突設されて冷却空間を周方向に区画する複数のリブとを具備し、
前記少なくとも一方の弾性外筒は、前記リブの外周側に成形圧による弾性変形で接触しない隙間をあけて外嵌され、
前記内筒軸に、当該内筒軸の軸心穴から供給された冷却流体を複数の前記冷却空間に分散供給する開口部が形成された
ことを特徴とする請求項１記載のシート・フィルムのロール成形装置。
第１金属弾性ロールの外径：Ｄ２と第１弾性外筒の肉厚：ｔ２とを、
０．００５≦ｔ２／Ｄ２≦０．０１０の範囲とし、
第２金属弾性ロールの外径：Ｄ３と第２弾性外筒の肉厚：ｔ３とを、
０．００８≦ｔ３／Ｄ３≦０．０１５（但し、ｔ２＜ｔ３）の範囲とし、
第１挟圧部の成形圧：Ｆ１と第２挟圧部の成形圧：Ｆ２とを、
１．５≦Ｆ２／Ｆ１≦１０の範囲とした
ことを特徴とする請求項１または２記載のシート・フィルムのロール成形装置。
押出成形機から押出されるシート状溶融樹脂を、外周部に厚肉金属製の剛性外筒が外嵌されて内周部に冷却空間を形成した主ロールと第１押さえロールとにより挟圧する第１挟圧部に導入し、当該第１挟圧部から主ロールの外周面に沿って送り出されるシート状溶融樹脂を、主ロールと第２押さえロールとにより挟圧成形する第２挟圧部に導入して、シート・フイルムを成形するに際し、
第１挟圧部の第１押さえロールに、外周部に弾性を有する薄肉金属製の第１弾性外筒が外嵌されるとともに、第１弾性外筒の内周部に冷却空間が形成された第１金属弾性ロールを使用し、
第１挟圧部から送り出されて第２挟圧部に導入されるシート状溶融樹脂の温度を、ガラス転位点以上で当該ガラス転位点から４０℃高い温度以下の範囲とし、
第２挟圧部の第２押さえロールに、外周部に前記第１弾性外筒より肉厚が大きくかつ弾性を有する薄肉金属製の第２弾性外筒が外嵌されるとともに、当該第２弾性外筒の内周部に冷却空間が形成された第２金属弾性ロールを使用し、さらに第２挟圧部で、第１挟圧部の成形圧より大きい成形圧で挟圧成形する
ことを特徴とするシート・フィルムのロール成形方法。