JP5520584B2 - シート成形用ロール及びシート成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、長尺のシートを成形するためのシート成形用ロールに関する。特に、樹脂材料を用いる薄いシートの成形用ロールに関する。

シートの成形方法として、Ｔダイから押出される溶融樹脂を、剛性の高い一対のシート成形用ロールで挟み込み、加圧してシート状に成形する加圧成形法がある。加圧成形法では、シート成形用ロールの外周の温度を制御することによって、適切な粘度を維持した状態で溶融樹脂をシート状に成形することができる。

温度制御機能を有するシート成形用ロールとして、特許文献１で開示されているような、薄肉円筒状の外セルと、該外セルの内部に配される内セルと、からなる二重管ロールが知られている。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、すなわち二重管ロールの外周の温度を制御可能となる。

また、特許文献１に開示されているシート成形用ロールでは、薄肉の金属体の外セルを用いることによって外セルが弾性変形することができ、成形対象となるシートのシート成形用ロールに挟まれている時間を長くすることができる。両方又は一方のシート成形用ロールの外セルを弾性変形の可能な外セルにすると、シートの加圧時に外セルは相対するシート成形用ロールの外周面に倣って弾性変形することができる。したがって、剛性の高い一対のシート成形用ロール同士の場合よりも、シートが成形用ロールに挟まれる時間が長くなり、シートをより平滑に成形することができる。

特許文献２及び特許文献３では、内セルにゴムロールを用い、外セルをさらに薄肉化した二重管ロールが開示されている。弾性が十分になくシートに圧力を加えることのできない薄肉の外セルであっても、ゴムロールの外周面が外セルの内周面に接触するため、ゴムロールの弾性力によって圧力がシートに加えられる。外セルを薄肉化することが可能となるため、温調能力を向上することができる。

特許第３１９４９０４号 特許第３４２２７９８号 特開２００７−８３５７７号公報

しかしながら、特許文献１で開示されているシート成形用ロールでは、弾性を確保するために外セルの薄肉化に限界があった。外セルを薄肉化すると外セルのたわみが大きくなる。そのため、予め外セルに形成しておくクラウン量が増加し、シート成形用ロールの大型化は困難であった。

また、特許文献２及び特許文献３で開示されているシート成形用ロールでは、内セルにゴムロールを用いているため、耐久性が劣るといった課題があった。

さらに、外セルの内面がフラットな従来ロールでは、乱流による渦効果が小さく、熱移動の効率が低い。そのため、外セルの冷却性能に限界があった。

そこで、本発明の目的は、耐久性を低下させることなく高い温調能力を有するシート成形用ロールを提供することを目的とする。また、薄肉で構成される外セルの剛性または柔軟性を、ロールの軸方向と円周方向とで異なるシート成形用ロールを得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルの内部に該外セルの内径よりも小さい外径を有する内セルと、を備え、外セルが、該外セルと内セルとの間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に係る。この態様おいて、外セルの内周面に凹部が形成されている。凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝である。外セルは、凹部が形成されている範囲と凹部が形成されていない範囲との境界に、深さが凹部よりも小さい小型凹部を有することを特徴とする。
また、本発明は、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルの内部に該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と、を備え、外セルが、該外セルと内セルとの間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に係る。この態様おいて、外セルの内周面に凹部が形成されている。凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝である。シートが接触する範囲よりも狭い範囲または広い範囲に、凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルの内部に該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と、を備え、外セルが、該外セルと内セルとの間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に係る。この態様において、外セルの内周面に凹部が形成されている。凹部は、外セルの軸方向に平行に形成された溝であることを特徴とする。
さらに、本発明は、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルの内部に該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と、を備え、外セルが、該外セルと内セルとの間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に係る。この態様において、外セルの内周面に凹部が形成されており、外セルは、凹部を加工する切削刃物を逃がすための逃がし溝を有することを特徴とする。

本発明によれば、シート成形用ロールは、耐久性を低下させることなく高い温調能力を有する。また、薄肉で構成される外セルの剛性又は柔軟性をロールの軸方向と円周方向とで異なるシート成形用ロールを得る。

シートの成形装置の概略図である。 シート成形用ロールの断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるシート成形用ロールの詳細断面図である。 シート成形用ロールを軸方向に垂直な面で切断したときの断面図である。 線圧が加えられたときのシート成形用ロールの断面図である。 凹部の方向と薄板の曲げ易さとの関係を説明する図である。 シート成形用ロールでシートを挟みこんでいるときの断面図である。 第２の実施形態におけるシート成形用ロールの詳細断面図である。 第３及び第４の実施形態における外セルの断面図である。 第５の実施形態における外セルの断面図である。 第６の実施形態における外セルの断面図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

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

また、『クラウン』とは、ロールの軸方向中央部がロールの軸方向端部よりも太い形状をいう。『クラウン量』とは、ロールの軸方向中央部の直径とロールの軸方向端部の直径との差を意味し、ロールの軸方向中央部の直径をＤ１、ロールの軸方向端部の直径をＤ２とすると、クラウン量＝Ｄ１−Ｄ２となる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。なお、以下の説明では上述した実施形態において示したのと同じ部分に対しては同じ符号を用いて説明する。

（実施例１）
図１は、シート２を加圧成形する成形装置１の概略図である。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程度までの透明クリアシートであり、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などの樹脂材料を用いて成形される。

図１に示すように、成形装置１は、樹脂材料をシート状に押出すためのＴダイ３と、シート２の厚さや形状を整えるシート成形用ロール（以下、成形ロールと称す）４ａ、４ｂ及び４ｃと、を備えている。成形ロール４ａ、４ｂ及び４ｃは、ロールの軸方向に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によりシート成形が行われる。

Ｔダイ３は不図示の押出機から供給される樹脂材料をシート状に押出し、該樹脂材料を一対の成形ロール４ａと４ｂとの間隙に導く。Ｔダイ３が鉛直方向下向きに設置され、Ｔダイ３の下側に成形ロール４ａと４ｂとの間隙がく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４ｂは、溶融樹脂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を一対の成形ロール４ａ及び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は位置が固定されており、成形ロール４ａは不図示の加圧装置で成形ロール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）に移動可能になっている。成形ロール４ａ及び４ｂは、通常、同じ周速で回り、成形ロール４ａ及び４ｂの軸方向の幅全域に均一な圧力をかけ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及び４ｂの間隙を通過した後、成形ロール４ｂに巻きつけられ、必要に応じて成形ロール４ｃで下流に流される。また、成形ロール４ａと同様に、成形ロール４ｃも不図示の加圧装置で成形ロール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は、成形ロール４ａを、その中心軸を通る面で切断したときの断面図（図１に示すＡ−Ａ断面図）である。

図２に示すように、成形ロール４ａは、弾性を有する薄肉金属体で形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と内セル６との間には空間が形成され、該空間に温調液７が流れる流路８ｃを構成する。

また、内セル６の両端では、軸９及びフランジ１０が溶接結合されており、軸９は軸受１１により回転可能に支承されている。軸９の一端にはモータ２３が連結されており、成形ロール４ａは所定の速度で回転駆動することができる。なお、モータ２３が連結されている側を駆動側とし、該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）に押圧できる加圧装置を設けている。加圧装置は通常、空気式、または油圧シリンダ式を使用する。ロール軸受箱の移動はリニアガイドで指示され、ロールは平行移動できる。

操作側の軸９には温調液７を流すための流路８ａと、流路８ａの周りに流路８ｅとが形成されている。流路８ａは操作側の軸９から成形ロール４ａの中心を通って駆動側の軸９に設けられている。また、駆動側のフランジ１０には流路８ａと流路８ｃを連通する流路８ｂが形成されており、操作側のフランジ１０にも同様に流路８ｃと流路８ｅを連通する流路８ｄが形成されている。

図３は、図２に示す成形ロール４ａの、軸方向中央部から操作側にかけて拡大した詳細断面図である。図３に示すように、外セル５の内側の面には凹部１２が形成されている。第１の実施形態では、凹部１２として断面形状が台形となる雌ネジ状の溝が形成されている。また、１本の溝で連続して凹部１２が形成される一条ネジとなるように設計されている。

隣り合う凹部１２の間隔Ｐは、外セル５の外周における温調能力の均一性を高めるため、外セル５の厚さ以下にする方がよい。成形時に成形ロール４ａに接触するシート２の温度偏差が小さくなり、シート２の粘度のばらつきが低減される。

また、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２ｐよりも狭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が形成されている部分では凹部１２の箇所に比べて外セル５の厚みが大きいため、剛性が大きくなっている。

シート２の端部では厚みが増し（以下、この厚みが増した箇所をシート耳部１４と称す）、成形時にはシート耳部１４に力が集中して外セル５に大きな応力が発生する。このため、外セル５のシート耳部１４に該当する位置には常に大きな応力が生じて凹んだり、破損したりする場合がある。

第１の実施形態では、小型凹部１３によってシート耳部１４に該当する位置の強度が高められているため、凹みや破損を軽減することができる。結果的に、成形ロール４ａの耐久性が向上される。また、小型凹部が形成されている箇所の剛性が高められ、ニップ圧力が増すのでシート耳部１４の厚さが過度に大きくなるのを防止できる。

また、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も有している。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の内面を緩やかに変化させたテーパ（不図示）としてもよい。

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、あらかじ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、クラウンは外セル５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、テーパ１７が設けられている。テーパ１７を設けることによって、成形ロール４ａの端部と成形ロール４ｂ（図１）の端部との接触が回避される。

図４は、操作側のフランジ１０に平行かつ流路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Ｂ−Ｂ断面図）である。図４に示すように、フランジ１０には６本の流路８ｄが、フランジ１０の中心から外周に向かって形成されかつ互いに均等な間隔で設けられており、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１０も同様の構造を有している。

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を回流することによって行われる。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で外部から取り込まれ、成形ロール４ａの中心に設けられた流路８ａに沿って駆動側の軸９に流れる。その後、駆動側のフランジ１０に形成された流路８ｂを通り流路８ｃへ流入し、外セル５の内周面に沿って駆動側から操作側へ到達する。

成形ロール４ａは、外セル５の内周面に凹部１２が形成されており、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い。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ため、乱流が生じる。一般に層流よりも乱流の方が、渦効果が発生しやすく電熱効果が高い。したがって、流れに対してほぼ直角に凹部１２を形成した第１の実施形態では、効率よ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り、成形ロール４ａの温調能力が高められている。

最後に、操作側のフランジ１０に形成された流路８ｄから操作側の軸９に設けられた流路８ｅを通り、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。

本実施例では、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１４００ｍｍ及び１６６０ｍｍとした。シート接触部２ｐ（図２）を１１７０ｍｍ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。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の間隔Ｐを４ｍｍとし、凹部１２の深さを１．９ｍｍとした。凹部１２の形成によって除去された部分と、凹部１２の形成によって残された部分との断面面積比率を、５８％と４２％とした。

外セル５の外周のシート接触部２ｐには表面をクロムメッキした後、鏡面仕上げを施した。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小さい設計とした。

以上の構成で作製した成形ロール４ａは、厚さが０．０５ｍｍ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は１００Ｎ／ｃｍである。

なお、図１に示す、成形ロール４ａの相手ロールとなる成形ロール４ｂも内部に温調液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の外セルの厚みは、成形ロール４ａの外セルの厚みよりも厚くなっており、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は剛体ロールとみなすことができるため、クラウンは形成されていない。

図５（ａ）は、成形ロール４ｂによって成形ロール４ａに線圧がかけられたときの成形ロール４ａの断面形状を示す図である。図５（ａ）は、図５（ｂ）で示すつぶれ変形と、図５（ｃ）で示すたわみ変形とを足し合わせたものとすることができる。

図５（ｂ）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）荷重がかけ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。実線で示される輪郭が荷重をかけた場合の形状であり、一点鎖線で示される輪郭が荷重をかけていない場合の形状である。外セル５は、荷重のかけられた点ａがつぶれ、つぶれた分だけ点ａの周辺が膨らむように変形する。

したがって、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がつぶれ変形ａの分だけ曲面での接触となる。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５（ａ））。

図５（ｃ）は、外セル５のシート接触部２ｐ全体に均等に荷重をかけた場合の成形ロール４ａのたわみ変形ｅを示す断面図である。図５（ｄ）は、成形ロール４ａの軸方向に沿ってたわみ変形ｅを示した図である。図５（ｄ）で示すように、外セル５は、軸方向中心において、たわみ変形ｅが最大となり、たわみ量ｅを生じる。したがって、たわみ変形ｅが最大となる位置での成形ロール４ａの断面図は、つぶれ変形ａを考慮しない場合、図５（ｃ）で示すように、内セル６の中心６ｃに対して、外セル５の中心５ｃがたわみ量ｅだけ移動する。

本実施例では、外セルの厚さが５ｍｍと薄肉であるため、変形の大部分はつぶれ変形ａである。第１の実施形態では、外セル５の軸方向中央部におけるつぶれ変形ａ、たわみ変形ｅはそれぞれ０．１４ｍｍ、０．０６ｍｍ程度であり、外セル５のつぶれ変形ａの割合が７０％を占める。

成形ロール４ａの外セル５がロールの軸方向中央部で大きくたわみ、成形ロール４ａの相手ロールとなる成形ロール４ｂは剛体ロールとみなせるのでたわみは無視でき変形しない。このため、成形ロール４ａ及び４ｂのたわみを一致させてニップを成立させるため、荷重負荷時における成形ロール４ａのニップ部を直線にする。そこで、あらかじめ計画した荷重でのたわみ量を計算し、そのたわみ量に相当するクラウンを外セル５に付与することによってニップ圧力を軸方向にわたって均一にすることができる。

第１の実施形態では、クラウン量は、ロールの中央の半径を０．２ｍｍ大きくすることによって形成されている。クラウンをつけることでシート２の成形時に規定の線圧をかけたとき、成形ロール４ａの幅方向に均一な線圧が得られる。また、成形ロール４ｂはセル厚さが厚い剛体ロールでたわみは無視できるので、クラウンはつけていない。

次に、凹部１２の方向と外セル５の強度との関係について説明する。

図６（ａ）及び（ｂ）は、薄板１９に形成された凹部２０の方向と、薄板１９の曲げ易さとの関係を説明する図である。図６（ａ）に示すような、凹部２０の方向に対して垂直な方向に力を加えて薄板１９を曲げる場合（図６（ａ）に示す白抜き矢印の方向）には、凹部２０が形成されていない薄板に比べて小さい力で曲げることが可能である。これは、力を加える方向に対して垂直に位置する凹部２０において、板厚が薄く断面係数が小さくなっているからである。

逆に、図６（ｂ）で示すように、凹部２０の方向に対して平行な方向に力を加えて薄板１９を曲げる場合（図６（ｂ）に示す白抜き矢印の方向）には、凹部２０が形成されていない薄板を曲げる場合とほとんど同じ力が必要である。力を加える方向の断面係数が、溝を形成していない薄板の断面係数とほぼ同じだからである。

図３に示す凹部１２は、外セル５の内周のほぼ円周方向に沿って形成されているため、図６（ｂ）に近い状態である。したがって、外セル５は、凹部１２が形成されていない場合と同様の剛性がある。

また、熱移動については、凹部１２が形成されている部分は外セル５の厚さが薄くなっているため、外セル５の内周面から外周面へ熱が伝わり易く、温調能力が高められている。

つまり、第１の実施形態では、剛性を維持しつつ、凹部１２が形成されている箇所の外セル５の薄肉化と、前述した外セル５と温調液７との接触面積及び凹部１２によって生じる温調液７の渦効果とによって温調能力が高められている。

次に、シート成形時のシート２の厚みムラ、特に薄いシートに生じやすいシート縦縞に対するニップ性能について述べる。

図７において、凹部１２が外セル５の内周を１周するリング状に近い形状で形成されているので、外セル５は軸方向に沿って柔軟に変形することができる。図７（ａ）および（ｂ）は、シート２が成形ロール４ａと成形ロール４ｂとに挟まれているときの、シート２に対して垂直な面で切断したときの断面図である。図７（ａ）では外セル５に凹部１２が形成されており、図７（ｂ）では外セル５は一様な厚さを有している。

図７（ｂ）で示すように、凹部１２が形成されていない場合では外セル５は一体となって変形をするため、樹脂の流入量が多い付近（シート縦縞）では未圧搾部２４が生じやすい。未圧搾部２４は外セル５の外周面の圧搾を受けないため、未圧搾部２４と圧搾部とで外観がことなり、結果的にシート２が縞状の外観になり不良品になる。

特に薄膜フィルムのシートではＴダイ３で溶融樹脂を軸方向に均一に吐出することは難しく、またシート２が薄いため冷却が早く、成形ロール４ａ及び４ｂで圧搾しても軸方向への樹脂の流れが少なく、シート２に未圧搾部２４が生じやすい。凹部１２を形成することにより、図７（ａ）に示すように外セル５は凹部１２の方向に対して変形が容易となり、未圧搾部２４を無くすことができる。また、より薄いシートを高速で成形できる。

さらに、本実施例では外セル５の凹部１２がリング状に形成されているので、凹部１２があってもつぶれ変形ａは小さい。このため、クラウン量も大きくする必要が無く、縦縞に対して成形性のよい成形用ロールが得られる。

また、成形ロール４ａは、外セル５、内セル６、フランジ１０及び軸９が溶接によって成形されているため、外セル５や内セル６を個別に回転させる成形ロールに比べ、高速で回転可能である。第１の実施形態では１００ｍ／ｍｉｎの速度で使用可能となる。

外セル５と内セル６とが個別に回転するロールでは、外セル５と内セル６との摺動部分において強度を高める必要がある。つまり、摺動部分における強度が該ロールでの耐久荷重となる。第１の実施形態における成形ロール４ａでは、外セル５と内セル６とが一体となって回転するため、摺動部分が存在しない。したがって、材料の許容強度を線圧の耐久荷重とすることができ、耐久性を高められる。さらに、ゴム、プラスチックなどほとんど用いず、金属で構成することによって耐久性が高められる。

（実施例２）
次に、第２の実施形態における成形ロール４ａの構成を説明する。

図８は、第２の実施形態における成形ロール４ａの中央部から操作側にかけて拡大した詳細断面図である。第２の実施形態では、凹形成部１２ｐはシート接触部２ｐよりも大きく、クラウン形成部１５は凹形成部１２ｐよりも大きくなっている。したがって、第１の実施形態とは異なり、シート耳部１４の補強よりも、シート接触部２ｐの全体を同じ構造とすることで、シート接触部２ｐ全体の熱移動やニップ条件などの均一化を目的としている。

また、第１の実施形態では凹部１２は全て連続したメネジとして形成されているが、第２の実施形態では、最もフランジ１０側に形成された凹部１２には、切削刃物を逃がすためのリング状の溝（以下、逃がし溝２１と称す）が形成されている。逃がし溝２１を設けることによって、凹部１２の加工が容易となる。

凹部１２の形成の際には、外セル５を軸周りに回転させている状態で、切削刃物を外セル５の内側から外側に向かって接触させる。その後、切削刃物を外セル５の軸方向に移動させることで行われる。第２の実施形態のように、逃がし溝２１を形成することによって、切削刃物を逃がし溝２１に待機させておくことが可能となり、切削刃物を外セル５の軸方向に移動させるタイミングを設定し易くなる。なお、逃がし溝２１は外セル５の軸方向の中心に設けてもよい。

成形ロール４ａの面長が長い場合、溝２１を形成するときの切削刃物の位置合わせが難しくなる。その場合、適宜逃がし溝２１を設けることで面長が長い成形ロール４ａであっても、凹部１２の加工が容易となる。例えば、凹形成部１２ｐの端部及び外セル５の軸方向中央部に逃がし溝２１を設けることによって、外セル５の片側ずつ加工が可能になる。第２の実施形態では、面長の長さを２０００ｍｍとした外セル５を成形した。

（実施例３）
図９（ａ）は第３の実施形態における外セル５を軸方向に平行な面で切断した部分断面図である。第１及び第２の実施形態では、凹部１２の断面形状を台形としているのに対し、第３の実施形態では、凹部１２の断面形状をＵ字型とした。Ｕ字型とすることによって、凹部１２の谷部に丸みが形成されるため、応力集中が少なく、耐久性を高めることができる。凹部１２の形状は限定したものでなく、特に制限はない。ただし、Ｖ字の形状を有する溝のように、谷部の切欠係数が大きくなる形状は、クラック破損する虞があるので注意が必要である。

（実施例４）
図９（ｂ）は第４の実施形態における外セル５を軸方向に平行な面で切断した部分断面図である。第４の実施例では、凹部１２の断面形状を長方形に近い形にしたものである。凹部１２の角部にはＲ部が設けられ、切欠係数が大きくならないように設計されている。第１の実施例と作用は同じであるが、凹部１２の断面形状が長方形に近い形状であり、加工が単純である。

（実施例５）
図１０（ａ）は第５の実施形態における外セル５を軸方向に垂直な面で切断したときの断面図であり、図１０（ｂ）は外セル５を軸方向に平行な面で切断したときの断面図（図１０（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図）である。第５の実施形態では、凹部１２を外セル５の軸方向に平行に形成されている。凹部１２の断面形状は第３の実施形態と同じＵ字型である。

成形ロール４ａの軸方向に平行に凹部１２を形成することによって、外セル５のつぶれ変形（図４（ａ））は、図６（ａ）に示す状態での変形になるため、第１から第４の実施形態に比べてつぶれ変形が大きくなる。

また、第５の実施形態では、凹部１２の形成されている部分と形成されていない部分とが交互に円周方向に存在するため、角を有したつぶれ変形となりやすい。そこで、成形ロール４ａの回転を滑らかにするため、第１の実施形態よりも小さい間隔で凹部１２を形成する方がよい。また、第２の実施形態と同様に、切削刃物の逃がし溝２１を凹部１２の端部に設けることにより、凹部１２の加工が容易となる。この場合、逃がし溝２１と凹部１２とが垂直に交わる。

第５の実施形態では、つぶれ変形が容易にされるため、図４（ｃ）に示すニップ幅１８が大きくなり、ニップ時間が延びる。そのため、より薄いシートを成形する場合は第１の実施形態における成形ロール４ａよりも好適である。

また、第１の実施形態と同様に、凹部１２によって温調液７と外セル５との接触面積が拡大され、凹部１２が無い場合よりも高い温調能力を得ることができる。温調液７は凹部１２に沿って流れるため、流れ抵抗は第１の実施形態よりも小さくすることができる。

なお、凹部１２の形成方向は、軸方向に対して斜め方向でもよい。すなわち、凹部１２を多条ネジのメネジ状に形成する。凹部１２を軸方向に対して傾けることによって、対する成形ロール４ｂとの接触部に溝部と山部とが混在して接触するため、ロール回転が滑らかになる。ハスバ歯車が平歯車よりも滑らかに回転することと同じ原理である。

（実施例６）
図１１（ａ）は第６の実施形態における外セル５を軸方向に垂直な面で切断したときの断面図であり、図１１（ｂ）は外セル５を軸方向に平行な面で切断したときの断面図（図１１（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図）である。第６の実施例では、外セル５の内周面に凸部２２が設けられている。凸部２２は、異なる２方向から溝を形成したときの残部とすることができる。外セル５の内周面に突起を接着させて凸部２２としてもよい。

第６の実施形態における外セル５は、第１から第５の実施形態よりも大径、厚肉にし、さらに表面積を大きくし、温調能力を高めている。ＢＯＰＰ（Ｂｉ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：２軸延伸ポリプロピレン）を成形するためのキャストロールなどの高速、高冷却能力が必要な成形ロールに適する。第６の実施形態における成形ロールを用いた場合、シート２の厚さとして０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ、成形の速度は１２０ｍ／ｍｉｎまで可能である。

（その他の実施例）
第１の実施形態では凹部１２を１条ネジのように螺旋を描くように延在させたが、円を描くように延在させたリング状の溝を複数設けてもよい。この場合、成形ロール４ａの軸を中心に完全な軸対称の構造が得られ、外セル５の強度のばらつきが軽減される。また、小型凹部１３に相当する箇所の溝の深さを段階的に小さくし、外セル５の強度を段階的に変化させることで、溝が形成され始めている境界での応力を緩和させることもできる。

さらに、本書の説明では、図１で示す一対の成形ロールのうち、シート２が巻きつかない成形ロール４ａに適用したが、シート２が巻きつく成形ロール４ｂに適用してもよい。また、第１から第５の実施形態において、厚さが０．１ｍｍ程度のシート用の成形ロールの例として示したが、それ以下及び以上の厚さのシートに適用してもよい。

また、厚肉外セルの成形ロールでは、一重管構造の成形ロールに適用してもよい。

本ロールは、シートの成形ロール以外のロールにも適用してもよい。例えば、加熱、予熱及び冷却を必要とするロール、製紙機械のドライヤーロール、印刷機ロールなどである。

１ 成形装置
２ シート
４ａ、４ｂ、４ｃ 成形ロール
５ 外セル
６ 内セル
７ 温調液
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ 流路
１２ 凹部
１８ ニップ幅
２２ 凸部

Claims (11)

1. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
   前記外セルの内部に該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と、を備え、
   前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間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において、
   前記外セルの内周面に凹部が形成されており、
   前記凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝であり、
   前記外セルは、前記凹部が形成されている範囲と前記凹部が形成されていない範囲との境界に、深さが前記凹部よりも小さい小型凹部を有することを特徴とするシート成形用ロール。
2. 前記シートが接触する範囲よりも狭い範囲に、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシート成形用ロール。
3. 前記シートが接触する範囲よりも広い範囲に、前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシート成形用ロール。
4. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
   前記外セルの内部に該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と、を備え、
   前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間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において、
   前記外セルの内周面に凹部が形成されており、
   前記凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝であり、
   前記シートが接触する範囲よりも狭い範囲に、前記凹部が形成されていることを特徴とするシート成形用ロール。
5. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
   前記外セルの内部に該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と、を備え、
   前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間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において、
   前記外セルの内周面に凹部が形成されており、
   前記凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝であり、
   前記シートが接触する範囲よりも広い範囲に、前記凹部が形成されていることを特徴とするシート成形用ロール。
6. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
   前記外セルの内部に該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と、を備え、
   前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間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において、
   前記外セルの内周面に凹部が形成されており、
   前記凹部は、前記外セルの軸方向に平行に形成された溝であることを特徴とするシート成形用ロール。
7. シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
   前記外セルの内部に該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と、を備え、
   前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間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において、
   前記外セルの内周面に凹部が形成されており、
   前記外セルは、前記凹部を加工する切削刃物を逃がすための逃がし溝を有することを特徴とするシート成形用ロール。
8. 前記凹部は、雌ネジ状又はリング状に形成された溝であることを特徴とする、請求項７に記載のシート成形用ロール。
9. 前記外セルは、前記凹部を加工する切削刃物を逃がすための逃がし溝を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
10. 前記外セルはクラウンを有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシート成形用ロールで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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