JP6511200B1 - 冷却ロール、およびそれを用いた熱可塑性樹脂シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、溶融樹脂シートと接触している最外層の表面部の体積固有抵抗値は溶融樹脂シートからの熱伝達による温度上昇によって低下するが、最外層を構成するナイロン樹脂の熱電伝導率は著しく悪く、さらにその厚みは0.5mmと厚く断熱性が高いので、最外層の下層部は内部電極とほぼ同じ温度であり、最外層全体では絶縁体の状態を維持していると仮定している。
(1)密着力が弱く、高速製膜は出来ない。
(2)冷却ロールが経時で汚染される。
(3)溶融樹脂シートの体積固有抵抗値が適正でないと、該ピニング法が適用できない。とくに、ポリアミド樹脂の様に体積固有抵抗値の低い溶融樹脂シートの製膜は難しい。
(4)高電圧を使用するので、冷却ロール表面が放電スパークなどで損傷する。
(5)得られた樹脂シートに放電痕がある。
(6)得られた樹脂シートに剥離帯電による表面欠点がある。
(7)得られた樹脂シートが内部帯電している。
(8)安全性に問題がある。
(9)密着力が弱く、製膜速度が遅くかつ密着が安定しない。
(10)高絶縁性の最外層を設けたときは、実用的な密着力を得るためには極めて高い印加電圧が必要で、危険性が高く実用的でない。
(11)最外層が高絶縁性だと、剥離帯電による残留電荷の影響で連続製膜が出来ない。
微小隙間18に発生した電位差31をVgap[V]、微小隙間18の距離34をdgap[m]、微小隙間18内空気層の誘電率をε0とすると、この微小隙間18を介して向かい合った面はキャパシター26(Cgap)を形成しており、このキャパシター26に発生する該溶融樹脂シート8の密着力P[Pa]は、図4の等価回路から下記の近似式(3)で示せる。
なお、αは微小接点17と微小隙間18の面積比率及び微小隙間18の距離34(dgap)の実効値を調整する定数である。αの実際の大きさは0.005程度とかなり小さいが、微小隙間18の距離34が0.3μm以下と極めて接近していることの効果で、強い密着力が得られるのである。微少電流19が流れている状態では、電荷は最外層4の表面に移動するため、図4における最外層4にはキャパシター29(Cbulk)は発生せず、上記微小隙間18によるキャパシター26(Cgap)が支配的になり、これでJR力による強い密着力が発生する。ここで式(3)の電位差31(Vgap)は微少電流19(I)と微小接点17の接触抵抗27(Rgap)によって、下記式(4)のように示され、JR力が微少電流19と接触抵抗27に強く依存していることが判る。さらには、接触抵抗27は、最外層4の表面粗さに起因する微小突起の抵抗を含んでいることから、JR力は最外層4の体積固有抵抗値に強く影響される。
さらに詳しく説明すると、口金7を介してアース10と接続されている熱可塑性溶融樹脂シート8が、帯電した最外層4の表面に接触すると、アース10−直流電源9−内部電極層3−最外層4−微小接点17の接触界面−溶融樹脂シート8−口金7−アース10からなる図4に示す閉回路が形成される。微少電流19が、内部電極層3から、最外層4、最外層4と溶融樹脂シート8との微小接点17、及び溶融樹脂シート8を順に経て口金7に流れる。この時、該溶融樹脂シート8と該最外層4との接触界面に存在する接触抵抗27によって電圧降下が起こり、微小隙間18を挟んで相対する表面間に電位差31が発生する。この電位差31によって微小接点17の周囲の微小隙間18はキャパシター26となり、互いに逆極性で等量の電荷20が誘導され蓄電する。すなわち、冷却ロール1の最外層4の表面側には、内部電極層3と同極性の電荷が移動し蓄積され、溶融樹脂シート8の冷却ロール1との接触面側には、それとは逆極性の電荷が誘電蓄積される。該最外層4の微小隙間18側の表面23と、該溶融樹脂シート8の微小隙間18側の表面22とにそれぞれ帯電した互いに逆極性の電荷20の間で発生する静電気力を、JR力と呼ぶ。該溶融樹脂シート8は、このJR力によって該最外層4表面に強く静電密着される。
本発明による方法では溶融樹脂シート8の密着力は、冷却ロールの1の回転速度すなわち製膜速度の影響を受けず、また随伴空気流の侵入を抑え込めるほどに溶融樹脂シート8は冷却ロール1の表面に高密着するので、静電ピニング法では不可能であった100m/min以上の高速製膜が可能となる。
溶融樹脂シート8は冷却ロール1の表面に高密着し、溶融樹脂シート8と冷却ロール1表面間には隙間がないので、冷却ロール1の表面へのオリゴマーの析出が抑制されて、冷却ロール1の表面は常にクリーンな状態で長時間の連続製膜が可能となる。
従来の静電ピニング法では製膜速度が変わるたびに実施していたピニング電極の位置や距離の調整が不要なので、製膜を停止することなく、迅速にかつリアルタイムに製膜速度や溶融樹脂シート8の厚みを変えることが可能である。
口金7から押し出された溶融樹脂シート8は、冷却ロール1に接触すると同時にJR力によって冷却ロール1表面に強力に密着固定されて、急速冷却固化され、さらに移動しながら冷却されて樹脂シート12となる。樹脂シート12は剥離ロール16で剥離される直前までには、その体積固有抵抗値をJR力が働かないか弱くなるまで高くでき、内部電極層3への電圧を印加したままでも、負荷の少ない状態で容易に連続的に剥離できる。
内部電極層3へ電圧を印加した状態では、体積固有抵抗値が107〜1013Ωcmの最外層4の表面に樹脂シート12の剥離帯電で発生し残留した逆電荷は、内部電極層3から供給された電流(電荷)によってすぐに消滅する。したがって、冷却ロール1表面の除電は不要であり、ゴミ等の汚れも付着せず、そのまま冷却ロール1表面に再度溶融樹脂シート8を吸着させることが可能である。さらに得られた樹脂シート12にはピニング法で発生するよう内部帯電は発生しない。
本発明のJR力は、体積固有抵抗値が109Ωcm以下から導電性の範囲までの熱可塑性樹脂の溶融樹脂シートの密着が可能で、とくに体積固有抵抗値が104〜107Ωcmの範囲の溶融樹脂シートの高速製膜に使用可能である。具体的には、ポリアミド系樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化物(EVOH)系樹脂、ポリエステル系樹脂、およびカーボンや金属、帯電防止剤、さらに各種導電性添加剤を含有した熱可塑性樹脂などに有効である。これらのなかでも、ナイロン6などのポリアミド系樹脂のシートはとくに有用で需要が多いにもかかわらず、溶融時の体積固有抵抗値が低いため、静電ピニング法が適用できず、高速製膜は難しいとされているが、本発明の冷却ロール1を使用したJR力による密着法によって高速製膜が可能となり、大幅に生産性が向上する。
静電ピニング法ではその体積固有抵抗値が107〜108Ωcmとごく限られた溶融樹脂シートでないと静電密着することができない。たとえば、代表的なポリエステル樹脂であるPETの溶融樹脂シートは、その体積固有抵抗値が109Ωcm程度と高いために、PET樹脂にアルカリ金属やアルカリ土類金属、ZnやMnなどの酢酸金属塩、各種の添加剤などを添加して静電ピニング法に適した上記の極めて狭い範囲に体積固有抵抗値を微調整している。ところが、この様な添加剤はポリエステル樹脂の熱分解を促進したり、アーク放電の発生リスクを高くしたり、さらに得られたシートの電気特性や耐加水分解性能を悪くするなど、該樹脂シート本来の特性をそこなうと言う重大な欠点がある。本発明のJR力による密着法では、溶融樹脂シート8の体積固有抵抗値が109Ωcm以下であれば静電密着が可能なので、添加剤が不要となり、原材料樹脂本来の化学的、物理的および機械的特性とに優れた熱可塑性の樹脂シートが得られる。
本発明は、従来法の様に、高電圧を印加したピニング電極周辺の放電で発生した空間電荷を溶融樹脂シート8に対して直接印加する方法ではなく、内部電極層3に直流高電圧を印加し、高抵抗体である最外層4を経由して、最外層4の表面と溶融樹脂シート8との接触界面に電荷(微少電流)を供給する方法である。この最外層4の体積固有抵抗値は107〜1013Ωcmである。体積固有抵抗値がこのような範囲内にある高抵抗体材料においては、自然放置状態だとその材料内や表面では電流や電荷の移動は遅く静電気を帯電しやすいが、電圧が印加された状態では微小電流や電荷の移動が可能である。そして、このような高抵抗体の内部および表面では、高電圧放電に曝されても、微小電流が流れて放電エネルギーは分散されるため、電流集中によるスパーク放電や沿面火花放電は完全に抑制される。このため、静電ピニング法で問題となるような、溶融樹脂シート8の異物や気泡部への放電スパークや、溶融樹脂シート8を突き抜けて冷却ロール1表面を損傷させるような異常放電は発生しない。また、印加電圧は最外層4の耐電圧より低い6kV以下であるので、最外層4の絶縁破壊も発生することはない。この結果、表面品質に優れた樹脂シートが得られ、さらには冷却ロールのメンテナンス頻度が減り、製膜装置の稼働率が大きく向上する。
従来の静電ピニング法では、ピニング電極は溶融樹脂シートの幅方向に平行に設置してある。このとき、溶融樹脂シートの幅よりも広い範囲にわたって電極を架張すると、むき出しとなった冷却ロールの表面にスパーク放電が発生しやすいので、ピニング電極の有効幅は溶融樹脂シートの幅よりも狭くしてあり、溶融樹脂シートの両端を除く内側領域のみにしか電荷を付与できない。このために、溶融樹脂シートの中央付近は強い密着力が得られるが、シート端部は電荷が不足して密着力が弱く、随伴空気の巻き込みなどでシワや厚みむらと冷却不足が起りやすいと言う欠点があった。さらに静電ピニング法では、ピニング電極とロール表面の距離が最短になる位置でその静電力は極大になり、その範囲も狭いため、密着開始部付近での密着力の変化勾配が急であり、それがシワの原因となることがある。
製膜時の内部電極層3への印加電圧は0.3から6kVまで可能であるが、実質は3.5kV以下で十分である。これに対して最外層4の耐電圧は実質6kV以上で余裕がある。最外層4は、体積固有抵抗値が107〜1013Ωcmのセラミックス系材料であり、電気漏洩対策上は実質的に絶縁材料と見なしてよい。内部電極層3はこのような最外層4で完全に覆われていて、ロール表面には露出しない。このため、該冷却ロールは、人体への安全性も高く、取扱いにおいては安心である。
本発明で用いる物性値の測定方法は、以下のとおりである。
冷却ロールの表面の粗さ測定には、ロール状態のままで測定が可能な場合その表面の平均粗さRaをポータブル式表面粗さ計で実測するが、ロール直径が2m程度の大型冷却ロールのように実物表面での直接測定が難しい場合には、レプリカ試料を作成してその中心線平均粗さRaを測定する。レプリカ試料作成には、Bioden社製の#17―1142RFAレプリカフィルムを用いる。測定器はJISB0651に従い、触針としては、頂角60度の円錐形で、球状先端の曲率半径が2μmのものを用い、測定方法は、JISB0601-2013に従い、カットオフ値0.8mmの条件にて測定して、中心線平均粗さRaを求める。測定機器として(株)小坂研究所Surfcoder SE1700α)を用いて測定した。
冷却ロール1表面の最外層4の体積固有抵抗値は、電気絶縁用セラミックス材料の試験法JISC2141−1992に準じて測定する。導電性粘着シートから、外径:φ26mmの主電極と、外径:φ48mm、内径:φ38mmのガード電極を切り取り、該冷却ロール表面の曲面にJISC2141の3端子法に合うようにガード電極と主電極とが同心円になる様に貼り付ける。主電極及びガード電極の表面の接点に、導線の端子を導電性粘着テープで貼り付けた導線を用いる。対電極は冷却ロールの内部電極層3を使用する。測定は、測定開始から1分後の値を採用する。JIS C1303に準じた高絶縁抵抗計(例えば、川口電機製作所製の超絶縁計R−503など)で主電極と内部電極層3およびガード電極との間に直流電圧500V(V)を印加して、そのときに主電極と対電極(内部電極層3)に流れる電流値I(A)から、体積抵抗Rv(=V/I)を求め、下記式で体積固有抵抗値ρvを計算する。
A=π×D2/4
ここで、
V:印加電圧(V)
Rv:体積抵抗(Ω)
ρv:体積固有抵抗値(Ωcm)
A:主電極の面積(cm2)
D:主電極外径(cm)
d:最外層厚み(cm)
なお、厚さdの測定は、磁気式厚み計で行う。例えば、サンコウ電子研究所製のSWT−8000/8100を用い、測定プローブとしてはφ5mmのものを用いた。なお、冷却ロールから最外層4の厚みdを直接測定することが困難な場合、内部電極層3の取出し端子の形状によって、以下の方法で最外層4の厚みdを推定してもよい。
A=π×DR×L
ここで、
A:内部電極の総面積(cm2)
V:印加電圧(V)
Rv:絶縁層の体積抵抗(Ω)
ρv:体積固有抵抗値(Ωcm)
DR:冷却ロールの外径(cm)
L:内部電極のロール幅方向の長さ(cm)
d2:絶縁層2の厚み(cm)
セラミックス製の坩堝に同じ寸法の2枚の電極板(SUS304薄板20mm×20mm×0.5t、裏面をセラミックス塗料で絶縁)を極間距離20mmで挿入し、測定対象の樹脂のペレットを入れて、窒素ガス雰囲気中で280℃の温度に加熱溶融し、この温度に保つ。最外層4の体積抵抗の測定に使用したのと同じ高絶縁抵抗計を使用して2枚の電極にV(V)の電圧を印加した時の、電流I(A)を測定し、溶融樹脂の体積抵抗Rv(=V/I)を求め、下記式で溶融樹脂の体積固有抵抗値ρvを計算する。
ここで、
Rv:体積抵抗(Ω)
ρv:溶融樹脂の体積固有抵抗値(Ωcm)
A:電極の面積(cm2)
D:電極間距離(cm)
以下に本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
ナイロン6ペレット(三菱化成工業(株)製、ノバミット1020CA)を、乾燥後、φ180mmの押出機で、溶融温度275℃で溶融混練し、10μmカットの濾材を通過させた後、Tダイの口金よりシート状に押出し、表面温度25℃に保たれた外径φ1500mmの冷却ロールを用いて、シート幅1200mm、シート厚さ約180μmの樹脂シート12を製造した。この時ナイロン6の溶融時の体積固有抵抗値は105Ωcmであった。
樹脂原料として、極限粘度[η]0.61のフィルム用PET(IV0.65)((株)ベルポリエステル)を用いる以外は、実施例1と同様にして製膜厚み150μm、冷却ロールの周速度120m/minで、内部電極層3に直流電圧(+)3.5kVを印加して製膜した。このとき製膜中の高圧直流電源9の電流は29mAで、PETの樹脂シートと冷却ロール表面が密着している全面積での単位面積当たりの電流密度を計算するとJR力による密着に適している1.0μA/cm2であった。該溶融樹脂シート8も、JR力により該冷却ロール1表面に強力な密着が可能であった。48時間連続して製膜をおこなったが、取扱い性、生産性などに全く問題となる様なことはなく、しかも得られた樹脂シート12は平滑性と厚みの均質性に優れ、内部帯電も発生していなかった。
樹脂原料として、エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化物(EVOH)(日本合成化学工業(株)製、ソアノールET)を用いる以外は、実施例1と同様にして製膜厚み225μm、冷却ロールの周速度80m/minで、内部電極層3に直流電圧(+)3.5kVを印加して、連続して24時間製膜した。このとき製膜中の高圧直流電源9の電流は53mAで、EVOHの樹脂シートと冷却ロール表面が密着している全面積での単位面積当たりの電流密度を計算すると1.8μA/cm2であった。該溶融樹脂シート8も、JR力により該冷却ロール1表面に強力な密着が可能であった。取扱い性、生産性などに全く問題となる様なことはなく、しかも得られた樹脂シート12は平滑性と厚みの均質性に優れていた。
実施例2で用いた装置に、冷却ロールの内部電極層3へ直流電圧(+)3.5kVを印加して発生させるJR力以外に、図5の様にφ0.3mmのタングステン線のピニング電極13を追加設置して、ピニング電極13に負の(−)8kVの電圧を印加し、PETの溶融樹脂シート8にピニング電極13から電荷を印加した。このとき製膜中の高圧直流電源9の電流は38mAで、PETの樹脂シートと冷却ロール表面が密着している全面積での単位面積当たりの電流密度を計算すると1.3μA/cm2であった。ピニング電極13をアシストした効果で微少電流は実施例2より3割ほど上昇していた。最高製膜速度を110m/minまで上げても製膜は安定しており、製膜厚み165μmで24時間連続して製膜したが、得られたPET樹脂シート12の平面性、厚みの均質性も良く、表面も平滑であった。これにより、溶融樹脂シート8がJR力で冷却ロール表面に密着しているときに、さらに逆極性の電圧を印加したピニング電極13から逆電荷を溶融樹脂シート8に印加すると、その密着力をさらに引きあげることが可能であることが判明した。
実施例1〜3で用いた冷却ロールの最外層の材料を高絶縁性材料アルミナ(99.6wt%Al2O3)に変えた。即ち、タングステンからなる内部電極層上に該高絶縁性材料アルミナをプラズマ溶射法で厚さ350μm積層し、該高絶縁性アルミナ層表面に低粘度エポキシ樹脂による封孔処理をして、体積固有抵抗値が1014Ωcm以上の高絶縁性の最外層を得た。最外層のダイヤモンド砥石による研磨後の残留厚さを250μmとし、かつ研磨後の表面粗さRaが0.06μmになる様にした。なお、実施例1と同様に、電気接続が可能なように最外層を溶射施工時に内部電極層の一部にマスキングを行い、10mm×20mmの矩形の範囲をロール端部に露出させた。
実施例1〜3で用いた冷却ロールの最外層を0.5mm厚みのナイロン6樹脂層に変更する以外は、実施例2と同様にしてPETシートを製膜した。
実施例1〜3で用いた冷却ロールの最外層の材料を酸化チタン20wt%含有アルミナ(Al2O3/20wt%TiO2)に変えた。即ち、タングステンからなる内部電極層上に最外層の材料として、酸化チタン20wt%含有アルミナをプラズマ溶射法で400μm積層し、引き続き該最外層表面に低粘度エポキシ樹脂による封孔処理をした。最外層のダイヤモンド砥石による研磨後の残留厚さを300μmとし、かつ研磨後の表面粗さRaが0.06μmになる様にした。研磨仕上げ後の測定で、最外層の体積固有抵抗値が1.5×106Ωcmとなっていることを確認した。製膜速度を15m/minとした以外は、比較例2と同様にPETの溶融樹脂シートを製膜した。このとき内部電極層に正の電圧を印加し、+0.5kVまで引き上げたところで製膜中の電流は、直流高圧電源の制限電流である100mAを超えてしまい、インターロックが作動して電源が停止し製膜が出来なかった。そこで、電流を電源の制限電流以内に制御する目的で電源出力に106Ωの抵抗器を接続し、それを経由して内部電極層に電圧を印加した。そこでふたたび電圧を0.25kVに設定して電流を25mAに下げたところ、弱いながら溶融樹脂シートは冷却ロール表面に密着はしたが、密着力が不十分であるため冷却ロールとの間に空気を噛み込み、得られた樹脂シートはクレーター状の表面欠点が多く、透明性も良くなかった。さらに製膜速度を15m/minより速くするとすぐに製膜は不安定になった。しかし、これ以上印加電圧を上げると、電流が上下振動し不安定となって、さらに密着力も不安定になるので、これ以上の電圧上昇は行わず、さらに製膜も中止した。これより、最外層の体積固有抵抗が106Ωcm以下の場合は、印加電圧と電流密度とをJR力発生のために好適な範囲にバランスさせることが困難であった。このため、JR力は正常には発生せず、溶融樹脂シートの静電密着法による冷却には使用できないことが判明した。
溶融樹脂シートがどの程度の力で冷却ロール表面に密着しているかを定量的に測定することが重要であるが、熱可塑状態にある溶融樹脂シートではその密着力は測定できない。そこで、本発明によるJR力式冷却ロールとクーロン力式冷却ロールとで密着力の強さを定量的に比較するために、JR力式吸着機構及びクーロン力式静電密着機構をそれぞれ組み込んだテストロールを用いて、溶融樹脂シートに近い体積固有抵抗値を有する代替シートに対する密着力の測定を行った。またクーロン力式の冷却ロールについては、印加電圧と最外層の厚みの違いによる密着力の変化を、式(1)を用いて計算した。
単極式の内部電極層に電圧を印加して吸着するタイプの静電吸着体は、内部電極層の上の最外層の体積固有抵抗値で下記の2種類に分けられる。
2)体積固有抵抗値が1013Ωcm以上の高絶縁材料であるクーロン力式
この2種類について、冷却ロールをモデルとした吸着力測定用テストロールを製作し、以下に説明する方法で代替シートの密着力を評価した。代替シートとして、(1)ポリアミド系(ナイロン6)の溶融樹脂シート8の代替として、市販のVHS用の磁気フィルムを使用し、(2)PET溶融樹脂シート8の代替として市販の帯電防止ゴムシートを使用した。VHS用の磁気フィルムは11μmのPETフィルムの片面に磁性体が4〜6μmの厚さで塗布してあり、裏面には帯電防止が施されている。この磁性体塗布部の体積固有抵抗値は6.4×104Ωcmであり、溶融状態のポリアミド系(ナイロン6)の樹脂シートの体積固有抵抗値とほぼ同じなので、この磁性体塗布面を密着面として使用した。帯電防止ゴムシートは市販のカーボン入りのNBR黒ゴムで、厚みは1mmであり、体積固有抵抗値が2.7×108ΩcmでPETの溶融樹脂シートとほぼ同じである。VHSフィルムは薄いため引っ張り強度が不足しており、JR力を測定すると伸びて破断する。またNBR黒ゴムシートも伸びが発生してJR力が低く測定されるので、それぞれの吸着面の反対側面に、厚み100μmのPE製粘着テープを2枚張り付けて補強して、破断や伸びが発生しないようにした。
密着力の測定方法を図7に示す。
ここで、Sは、磁気フィルム49と最外層48表面との接触面積(m2)、μは、磁気フィルム49の磁性体塗布面と最外層48表面間の静摩擦係数である。静摩擦係数μは別途、図7と同じような設定で、オイラーのベルト理論による代替シート49の張力と荷重の関係を使用して測定した。直流電圧を印加しない状態で、代替シート49の巻き付け角度はπ/2(90°)で、フォースゲージ53と反対側の代替シート49の端部に重りW[N]を吊るし、その時の張力T[N]を測定した。その測定値から下記の式(6)で摩擦係数μを算出した。
最外層48が高絶縁体であるクーロン力式のテストロールでは、静摩擦力Fの測定を行った後、磁気フィルム49をテストロールから剥離する時に内部電極47(+)に対する逆極性の電荷(−)が最外層48の表面に帯電する、いわゆる剥離帯電が発生する。この逆極性の帯電はフィルム49の帯電電荷と同極性であり、内部電極47に電圧を印加した状態では、アース接続した除電ブラシで処理しても除電できず、強さも変わらない。このため再度、静摩擦力Fの測定を行おうとすると、フィルム49はこの電荷に反発されて、その後はフィルム49の密着は起こらない。この剥離帯電の影響を消去し、繰り返し静摩擦力Fを測定する方法として、下記のようなロール表面の除電方法を併用した。
テストロールの構成を表3に、代替シートの構成を表4に示した。
最外層48が本発明と同等のAl2O3/10%TiO2溶射膜であるJR力式テストロールによる密着力の実測値(i,ii)と、最外層48が高絶縁性の99.6%Al2O3溶射膜であるクーロン力式テストロールによる密着力の実測値(iii)を図8のグラフにプロットしてある。最外層48の厚みは両テストロールとも250μmである。このグラフからJR力式テストロールによる密着力はクーロン力式テストロールの6.5倍以上と極めて高く、0.3〜5kV以下の低電圧で極めて強い密着力が得られることが判る。
ここでε0は真空の誘電率でその値は8.85×10-12[F/m]で、εlは最外層48の誘電体の比誘電率である。εlはアルミナ(99.6%Al2O3)溶射膜では8.4で、ナイロン6では4.5である。これらの電気的物性値を用いて、最外層48が、アルミナ溶射膜で厚みが0.25mmのときと、ナイロン6で厚みが0.25mm、0.5mm、1mmのときのそれぞれの密着力(クーロン力)を印加電圧0.3〜35kVの範囲で(1)式を使用して計算した。その結果を図8のグラフに併せて示す。最外層48がアルミナ溶射膜で厚みが0.25mmのときの密着力の実測値(iii)と計算値(iv)の比較から、この計算式がほぼ妥当であることが判る。JR力の場合の密着力の計算式は前述の式(3)であるが、現時点ではまだ、微小接点17と微小隙間18の面積比率、微小隙間の表面粗さによる換算係数、接触抵抗27(Rgap)さらには電位差31(Vgap)の測定などが不足しており、実効値を調整する定数αは把握出来ていないので、JR力に関しては実測値のみをグラフに載せてある。
試験Bで用いたJR力式テストロールによる密着力の試験法(図7)において、さらに図10で示す様にφ0.3mmのレニウムタングステンワイヤー製のピニング電極55を、被吸着フィルム49のエアー面側の上方に、被吸着フィルム49から7mm離れた位置に設置した。ピニング用直流高圧電源54を使用して、内部電極層47とは逆極性の電圧(−)8kVをピニング電極55に印加して、被吸着フィルム49のエアー面側に逆電荷を帯電させた。被吸着フィルム49として、試験Bと同じゴムシート及び磁気フィルムを用いた。JR力式テストロール45の内部電極層47への印加電圧を(+)0.25kVから(+)3.5kVまで変化させて、試験Bと同様に密着力を測定した。
2.絶縁層
3.内部電極層
4.最外層(セラミックス系材料層)
5a.高絶縁体リング
5b.内部電極接続用スリップリング
6.内部電極取出し線
7.口金
8.溶融樹脂シート
9.JR力用直流高電圧電源
10.接地アース
11a.電極用出力配線
11b.カーボンブラシ
12.冷却固化された熱可塑性樹脂シート
13.ピニング電極
14.ピニング(逆電極)用直流高圧電源
15.ピニング用配線
16.剥離(引きはがし)ロール
17.微少接点
18.微小隙間
19.微少電流
20.逆極性の電荷
22. 溶融樹脂シート冷却ロール面
23.最外層表面(冷却ロール最表面)
25.溶融樹脂シート抵抗(Rsheet)
26.微少隙間のキャパシター(Cgap)
27.微小接触点部の接触抵抗(Rgap)
28.最外層抵抗(Rbulk)
29.最外層キャパシター(Cbulk)
31.溶融樹脂シートとセラミックス材料層との接触界面の電圧降下(Vgap)
33.全印加電圧(V0)
34.微少隙間の高さ(d)
35.最外層厚み
36.芯金
37.直流高圧電源の電流計
38.内部電極
40.被吸着体
42.最外層(絶縁体)の厚み(dc)
43.キャパシター(C)
44.印加電圧(V)
45.テストロール
46.下部絶縁層
47.内部電極
48.最外層
49.被吸着フィルム
52.JR力用直流高圧電源
53.フォースゲージ
54.ピニング用直流高圧電源
55.ピニング電極
Claims (25)
- 溶融させた熱可塑性樹脂からなる体積固有抵抗値が109Ωcm以下の樹脂シートを、アース接続状態にある口金から連続回転状態にある冷却ロール表面に連続的に押出し、該樹脂シートを該冷却ロール表面に密着させて回転移送しながら冷却固化させたあと、冷却固化した該樹脂シートを該冷却ロールから連続的に剥離して熱可塑性樹脂シートを得る方法に使用する冷却ロールであって、
該冷却ロールは、該樹脂シートが密着する最外層と、該最外層に対して内側に隣接する導電性の単極式の内部電極層と、該内部電極層に対して内側に隣接する絶縁層とを備えており、
該冷却ロールは、該内部電極層に所定の電圧を印加することができるように構成され、
該最外層はセラミックス系材料からなり、該最外層の体積固有抵抗値が25〜100℃において107〜1013Ωcmであり、
該冷却ロールは、該内部電極層に該所定の電圧が印加された状態において、該最外層に接触した該樹脂シートを該最外層に密着させる静電気力を発生させることが可能であり、
該静電気力が、主としてジョンソン・ラーベック効果に基づくことを特徴とする熱可塑性樹脂シート製造用の冷却ロール。 - 該絶縁層、該内部電極層、および、該最外層のうちの少なくとも1つは、溶射法により形成されている素材、あるいは無機質系または有機質系のいずれか1つのバインダーを使用した素材である請求項1に記載の冷却ロール。
- 該絶縁層、該内部電極層、及び、該最外層のうちの少なくとも1つは封孔処理が施されている請求項1又は2に記載の冷却ロール。
- 該最外層の中心線平均表面粗さRaが0.01μm〜0.3μmである請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該最外層の厚さが50〜500μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該最外層の体積固有抵抗値は、その温度変化の比率R100/R25が0.1〜1.0の実質的に非感温性である請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷却ロール。
ここで、体積固有抵抗値の温度変化の比率R100/R25とは、25℃の温度の体積固有抵抗値R25に対する100℃の温度の体積固有抵抗値R100の比率R100/R25を言う。 - 該セラミックス系材料が、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化マンガン、酸化ニッケルおよび酸化鉄から選ばれた化合物を含有するアルミナ系もしくは酸化ジルコニウム系もしくは酸化マグネシウム系セラミックス、または酸化チタンを5〜17重量%含有する酸化アルミニウム系セラミックスである請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該セラミックス系材料が、窒化アルミニウム系、炭化ケイ素系、及び窒化ケイ素系から選ばれた少なくとも一つのセラミックスと、有機質系もしくは無機質系バインダーとを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該絶縁層の体積固有抵抗値が1013Ωcm以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該絶縁層の厚さが50〜500μmである請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該絶縁層が、酸化アルミニウム系、酸化チタンを2〜4重量%含有した酸化アルミニウム系、酸化マグネシウム系、酸化ベリリウム系、窒化アルミニウム系、もしくは、窒化ケイ素系のセラミックス材料、磁器、および、ホーローから選ばれた少なくとも1つの高絶縁材料を含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該内部電極層が、タングステンまたはモリブデンを含む導電性材料からなる請求項1〜11のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 該内部電極層の厚さが5〜50μmである請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷却ロール。
- 溶融させた熱可塑性樹脂からなる体積固有抵抗値が109Ωcm以下の樹脂シートを、アース接続状態にある口金から連続回転状態にある冷却ロール表面に連続的に押出す工程と、該樹脂シートを該冷却ロール表面に密着させて回転移送しながら冷却固化させる工程と、冷却固化した該樹脂シートを該冷却ロールから連続的に剥離する工程とを備えた熱可塑性樹脂シートの製造方法であって、
該冷却ロールが請求項1〜13のいずれか1項に記載の冷却ロールであり、
該内部電極層に所定の直流電圧を印加しながら、該樹脂シートを該冷却ロールに密着させ、さらに冷却固化後の該樹脂シートを該冷却ロールから剥離することを特徴とする熱可塑性樹脂シートの製造方法。 - 該内部電極層に該直流電圧を印加することにより、該最外層の表面を帯電させ、該最外層と該樹脂シートとが接触している微小接点に微少電流が流れるとともに、該最外層と該樹脂シートとの間の微小隙間を介して対向する該最外層および該樹脂シートのそれぞれの面に逆極性の電荷が誘起され、該逆極性の電荷に起因する静電気力によって該樹脂シートを該冷却ロールに密着させる請求項14に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該樹脂シートの該冷却ロールに対する密着力は、主としてジョンソン・ラーベック力に起因する請求項14〜15のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該樹脂シートが該冷却ロールに着地する地点を含む空間の湿度を40RH%以下に制御する請求項14〜16のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該内部電極層に印加する該直流電圧とは逆極性の電荷を、該樹脂シートの該冷却ロールに密着する面とは反対のエアー面に印加する請求項14〜17のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該内部電極層に印加する直流電圧が0.3〜6.0kVである請求項14〜18のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該冷却ロールから剥離された時点での該樹脂シートの体積固有抵抗値が1010Ωcm以上である請求項14〜19のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該冷却ロールの表面を通じて該冷却ロール表面に接触した該樹脂シートに流れる微少電流が、冷却ロールと該樹脂シートの接触面積全面において単位面積当たり0.005〜6μA/cm2である請求項14〜20のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該冷却ロールから剥離した該樹脂シートを、接地された金属製剥離ロールを通過させる工程をさらに備え、該金属製剥離ロールを通過した後の該樹脂シートは帯電していない請求項14〜21のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該熱可塑性樹脂が、ポリアミド系樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体ケン化物系樹脂、または、ポリエステル系樹脂である請求項14〜22のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該熱可塑性樹脂が、添加剤として、カーボン、金属、導電性化合物、帯電防止剤、または、金属塩を含む請求項14〜23のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
- 該冷却ロールから剥離された該樹脂シートを、一軸方向に延伸、二軸方向に延伸、エージング処理、または、熱処理を施す請求項14〜24のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂シートの製造方法。
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