KR102355755B1 - 냉각롤 및 그것을 사용한 열가소성 수지 시트의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

냉각롤(1)은 용융 수지 시트(8)가 밀착하는 최외층(4), 내부 전극층 (3), 절연층(2)을 이 순서로 구비한다. 최외층(4)은 세라믹스계 재료로 이루어지고, 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 25∼100℃에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이다. 냉각롤(1)은 내부 전극층(3)에 소정의 전압을 인가한 상태에 있어서, 최외층(4)에 접촉한 용융 수지 시트(8)를 최외층(4)에 밀착시키는 정전기력을 발생시키는 것이 가능하다. 정전기력은 주로 존슨·라벡 효과에 근거한다.

Description

냉각롤 및 그것을 사용한 열가소성 수지 시트의 제조 방법{COOLING ROLL AND METHOD FOR PRODUCING THERMOPLASTIC RESIN SHEET USING SAME}

본 발명은 용융 상태에 있어서의 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 열가소성 수지, 특히 폴리아미드계 수지나 폴리에스테르계 수지나 에틸렌아세트산비닐 공중합체 비누화물(이하, EVOH로 생략함)계 수지로 이루어지는 수지 시트가 제조에 적합한 냉각롤, 및 상기 냉각롤을 사용한 열가소성 수지 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 구금으로부터 압출된 열가소성 수지 시트를 정전기력에 의해 냉각롤 표면에 밀착시키고 급랭함으로써 결정화를 억제한 수지 시트의 제조에 적합하고, 또한 표면 외관이 평활해서 미려하고, 두께 균질성이 양호한 수지 시트를 제조하는데 적합한 냉각롤, 및 상기 수지 시트의 제조 방법에 관한 것이다.

용융한 열가소성 수지 시트를 하드 크롬 도금 등의 도전성 금속이 피복되어 있는 냉각롤로 냉각 고화할 때에, 생산 현장에서 잘 행해지는 방법으로서, 용융 수지 시트의 냉각롤에 밀착하는 면과는 반대의 에어면의 상방에 와이어나 블레이드 등의 용융 수지 시트의 폭방향으로 확대된 피닝 전극을 설치하고, 상기 전극에 고전압을 인가해서 생성한 전하 이온을 용융 수지 시트에 주입시켜서 대전시키고, 상기 용융 수지 시트에 대전된 전하와 냉각롤 표면 사이에 작용하는 쿨롱력에 의해 용융 수지 시트를 냉각롤의 표면에 밀착시켜 냉각 고화해서 수지 시트를 제조하는 방법(이하, 정전 피닝법이라고 칭함)이 알려져 있다(특허문헌 1). 이 방법에서는, 열가소성 수지의 용융시의 최적의 체적 고유 저항치는 10⁷∼10⁸Ω㎝로 상당히 좁은 범위로 한정되어 있고, 그것이 가능한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)와 같은 특정 수지의 시트에는 매우 유효한 밀착 수단이다. 그런데, 이 방법에서는, 용융 상태에서의 체적 고유 저항치가 10⁴∼10⁶Ωcm로 도전체의 범위에 있는 폴리아미드계 수지나 EVOH계 수지와 같은 수지 시트에서는 하기의 이유로 강한 밀착력이 얻어지지 않는다.

(1) 정전 피닝법에서는 전극 부근의 방전에 의해 발생하는 공간 전하에는 지향성이 없어서 와이어 전극 주위의 360℃ 방향으로 방사되므로, 상기 용융 수지 시트에 공급되는 전하량은 극히 적고, 그 이외의 전하는 공기 중으로 방전되어서, 용융 수지 시트의 밀착에 필요한 전하의 공급이 부족하다. (2) 상기 용융 수지 시트의 체적 고유 저항치는 도전체의 범위에 있기 때문에, 정전 피닝법으로 주입된 전하는 구금으로 산일하기 쉽고, 또한 상기 용융 수지 시트가 상기 냉각롤 표면에 접촉할 때에 전하가 양도체인 냉각롤 표면으로 흐르기 쉬우므로 전하량 부족이 되어, 상기 수지 시트와 상기 냉각롤의 정전기적인 밀착력은 약해진다.

또한, 정전 피닝법은 피닝 전극에 고전압을 인가하므로, 피닝 전극과 용융 수지 시트 사이에서, 또는 용융 수지 시트가 도전성의 냉각롤 표면에 접촉할 때에 방전 스파크가 발생하기 쉬워서, 냉각롤이나 구금 표면을 손항상킨다고 하는 문제도 갖고 있다.

그리고, 이들 문제에 기인하는 밀착력 부족 때문에, 상기 용융 수지 시트와 상기 냉각롤 사이에의 수반 공기류의 침입을 완전히 억제하지 못해서, 얻어진 수지 시트 표면에 크레이터 형상의 표면 결점이 발생할 뿐만 아니라, 상기 냉각롤과 상기 용융 수지 시트 사이의 공극에 있어서, 상기 용융 수지 시트 표면으로부터 발생하는 올리고머의 냉각롤 표면에의 부착이 단시간에 일어나는 등의 결점도 있었다.

즉, 폴리아미드계 수지나 EVOH계 수지와 같이, 용융 상태에서의 체적 고유 저항치가 작은 수지 시트의 밀착 방법으로는 상기 정전 피닝법은 고품위의 수지 시트가 얻어지지 않고, 또한 고속, 고능률의 대량 생산에도 적합하지 않았다.

이러한 정전 피닝법의 문제에 대처하기 위한 방책으로서 다양한 제안이 이루어져 있다. 예를 들면 용융 수지 시트의 밀착점에 압축 에어를 접촉시켜서, 용융 수지 시트를 냉각롤에 밀착시키는 에어나이프법(특허문헌 2)이나, 또한 스트리머 코로나 상태의 방전으로 전류 밀도를 증가시켜 용융 수지 시트에 인가하는 전하량을 증가시킴으로써 정전 밀착력을 증가시키는 방법(특허문헌 3)이나, 폴리아미드 등의 체적 고유 저항치가 낮은 용융 수지 시트의 정전 피닝에 있어서, 금속제 냉각롤의 표면에 전기절연성 피막을 설치하고, 용융 수지 시트로부터 냉각롤로의 전하 누설을 방지해서 밀착력을 높이는 방법(특허문헌 4)이나, 마찬가지로 금속제 냉각롤의 표면에 전기절연성 피막을 설치하고, 그 절연성 피막 표면에 피닝 전극으로부터 전하를 직접 인가·대전시켜서 정전력을 증가시키는 방법(특허문헌 5∼7)이나, 피닝 전극으로부터 용융 수지 시트로 전하를 인가함과 아울러, 다른 피닝 전극으로부터 전기절연성 피막 표면으로도 용융 수지 시트와는 역극성의 전하를 인가하는 병용 방법(특허문헌 8∼10)이나, 금속제 냉각롤 표면으로의 전하의 산일을 억제하기 위해서, 롤의 표면을 반도체층으로 해서 용융 수지 시트에 피닝 전극으로부터 전하를 인가하는 방법(특허문헌 11∼12)이나, 냉각롤 내부에 설치한 전극에 고전압을 인가하여, 냉각롤 표면에 용융 수지 시트를 밀착하는 방법(특허문헌 13∼14) 등이 제안되어 있다.

일본 특허공고 소 37-6142호 공보 일본 특허공고 소 37-8978호 공보 일본 특허공고 소 59-23270호 공보 일본 특허공고 평 1-46304호 공보 일본 특허공고 소 48-14784호 공보 일본 특허공고 소 48-14785호 공보 일본 특허공고 소 63-7135호 공보 일본 특허공고 소 48-29311호 공보 일본 특허공고 평 6-98672호 공보 일본 특허공고 소 63-11969호 공보 일본 특허공개 평 11-58498호 공보 일본 특허공개 평 15-127207호 공보 일본 특허공고 소 50-8743호 공보 일본 특허공고 소 63-13815호 공보

특허문헌 2와 같은 에어나이프법은 특허문헌 1의 정전 피닝법으로는 밀착이 불가능한 폴리아미드 수지 시트의 제막 등에서 채용되고 있다. 이 방식은 특허문헌 1과 같이 고전압을 인가한 피닝 전극에 의한 전하의 주입을 사용하지 않으므로, 방전 스파크에 의한 트러블이나 시트 품질의 저하 등은 없다. 그러나, 압축 에어류에 의한 풍압으로는 냉각롤 표면에의 밀착력이 약하기 때문에, 상기 용융 수지 시트 표면과 상기 냉각롤 표면의 사이로 수반 기류가 말려들어가므로, 냉각 효율은 낮고, 최고 제막 속도는 30∼40m/min으로 생산 속도로서는 느리다. 더욱이, 6∼8시간 정도의 비교적 단시간의 제막에서, 용융 수지 시트로부터 휘발한 올리고머 등의 저분자량 성분이 상기 냉각롤 표면에 다량으로 부착된다. 이 때문에, 빈번히 생산을 중단하고 상기 냉각롤 표면을 청소할 필요가 있어서, 가동률이 낮고 실로 생산성이 나쁜 방법이어서 큰 문제점이었다.

그래서, 특허문헌 3과 같이, 전류 밀도가 높은 스트리머 코로나 상태의 방전을 용융 수지 시트에 조사함으로써 대전량을 증가시킨 정전 피닝법에서는 확실히 폴리아미드계의 용융 수지 시트를 냉각롤에 밀착할 수 있으므로, 고속 제막은 가능해진다. 그런데, 이러한 스트리머 코로나 방전을 발생시키기 위해서는 고전류를 흘릴 필요가 있으므로, 감전의 위험도 있어 작업자의 안전 확보에 큰 문제점이 있었다. 또한, 이 스트리머 코로나 발생에는 예민한 선단을 갖는 다수의 침형상 전극을 용융 수지 시트의 폭방향으로 일렬로 균일하게 정렬할 필요가 있고, 그리고 이 예민한 침형상 전극 선단에 용융한 시트로부터 발생하는 모노머, 올리고머 등의 저분자 승화물이 단시간의 제막에서 부착 퇴적되면, 안정한 코로나 방전을 유지할 수 없을뿐만 아니라, 얻어진 시트 표면에 라인 형상의 결점이 발생한다. 이것을 방지하기 위해서, 상기 침형상 전극 선단을 빈번히 청소하거나, 또는 새로운 전극으로의 교환이 필수가 되고, 그때마다 수지 시트의 제막을 중지하지 않을 수 없다고 하는 중대한 결점도 있었다. 또한, 상기 침형상 전극 선단에 퇴적한 승화물이 낙하해서 상기 용융 수지 시트 표면을 오염시킨다고 하는 문제점도 있었다. 또한, 예민한 침형상 전극은 장시간 사용에 의해 침 선단이 미묘하게 소모되어 침의 높이가 약간 고르지 않아도, 시트 폭방향에서의 균일한 코로나 발생이 불가능하게 되어, 밀착력이 불균일해지는 등 전극의 정밀도 관리가 매우 어렵다고 하는 치명적인 문제도 있다.

특허문헌 4와 같이, 용융 수지 시트로부터 롤 표면으로의 전하 누설을 방지할 목적으로 금속제 냉각롤의 표면에 산화알루미늄(알루미나) 등의 절연성 피막을 설치하고, 용융 수지 시트에 정전 피닝법으로 전하를 인가하는 방법은, 체적 고유 저항치가 작은 용융 수지 시트에 있어서 용융 수지 시트로부터 롤 표면으로의 전하 누설을 방지하는 효과는 있다. 그러나, 용융 수지 시트와 롤 표면의 밀착력은 용융 수지 시트에 대전된 전하가 냉각롤 표면으로 유도되는 역극성의 전하량에 의존하지만, 절연성 피막 표면은 유전 분극에 의해 발생하는 전하량이 적기 때문에, 용융 수지 시트의 전하와 롤 표면의 역극성의 전하 사이의 정전 밀착력(쿨롱력)은 약하다. 이 때문에, 충분한 밀착력을 얻기 위해서는 용융 수지 시트의 대전량을 가능한 한 증가시킬 필요가 있어서, 피닝 전극에의 인가전압이 상기 절연성 피막의 내전압 이상인 15∼35kV가 되므로, 상기 절연성 피막이 스파크 방전에 의해 손상되는 중대한 결점이 있다.

이것을 피하고자 특허문헌 5∼7과 같이, 절연롤 표면에 직접 전하를 인가하는 방법이 있지만, 전하를 인가하는 타겟이 절연성 피막 표면이므로, 대전량을 높이기 위해서는 고전압의 인가가 필수적이어서, 상기와 같은 절연 파괴에 기인하는 문제점을 갖고 있다. 또한, 절연성 피막을 가진 냉각롤로부터 수지 시트를 박리할 때에, 박리 대전에 의한 불꽃 방전이 발생하기 쉽고, 또한 박리 대전에 의해 생긴 전하가 상기 냉각롤 표면 상의 절연성 피막 표면에 잔존하므로 효율적으로 안정한 제막이 불가능하다고 하는 문제점도 있다. 즉, 절연성 피막 표면의 전하는 장시간 소멸하지 않으므로, 이 전하가 대전된 채로 냉각롤 표면이 구금부로 이동하면, 용융 수지 시트는 동 극성의 전하가 부여되어 있으므로, 정전기적인 반발력이 생겨서, 용융 수지 시트는 완전히 냉각롤에 밀착할 수 없다고 하는 큰 결점도 있다. 이 때문에, 절연성 피막 표면의 전하를 제전할 필요가 있지만, 절연성 피막 표면의 대전은 공간 전하 부여 방식의 제전으로는 절반 정도밖에 제거할 수 없다. 또한, 카본 섬유 등의 도전성 브러시를 냉각롤에 직접 접촉시켜서 제전하는 방법에서는 전하의 제전은 그런대로 가능하지만, 상기 브러시가 냉각롤 표면과의 슬라이딩에 의한 마모에 의해 손상되고, 브러시의 일부가 탈락하고, 그 파편이나 오염이 상기 냉각롤 표면에 부착되고, 이것이 용융 수지 시트에의 표면 결함이 되므로, 이 방식도 생산으로서는 사용할 수 없다.

물론, 특허문헌 8∼10과 같이, 냉각롤 표면의 전기절연성 피막과 용융 수지 시트의 양방에 각각 역극성의 전하를 인가하는 방법도 상기와 같은 결점이 있다.

특허문헌 11∼12와 같이, 금속 냉각롤 표면에, 체적 고유 저항이 10⁷Ω㎝ 이상인 반도전성 피막을 설치하고, 용융 수지 시트에 피닝 전극을 이용하여 전압을 인가해서 대전시키는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 용융 상태에서의 체적 고유 저항치가 낮은 폴리아미드 수지 등의 시트의 정전 밀착은 가능하지만, 냉각롤 표면의 체적 고유 저항치가 크기 때문에 특허문헌 3과 마찬가지로 유전 분극에 의해 발생하는 상기 냉각롤 표면의 전하량이 적어서, 고속 성막을 행하기에는 아직 밀착력이 부족하다. 상기 반도전성 피막은 내전압이 8kV 이하로 낮으므로, 밀착력을 높이고자 10kV 이상의 높은 전압을 피닝 전극에 인가하면, 냉각롤 표면에 스파크 방전하여, 롤 표면의 상기 반도전성 피막이 절연 파괴되는 것이 빈발하기 때문에, 생산 장치로서는 사용할 수 없다.

또한, 특허문헌 13∼14의 방법은, 정전 피닝법과 같이 공간 방전에서 발생한 전하를 용융 수지 시트에 인가하는 방법이나, 마찬가지로 피닝 전극으로부터 전하를 직접 냉각롤 표면에 설치한 고절연층에 인가하는 방법과는 달리, 냉각롤 내부에 설치한 도전성 내부 전극에 전압을 인가하여, 상기 냉각롤의 표면에 용융 수지 시트를 정전 밀착시키는 방법이다.

특허문헌 13에서는, 기계적 회전부에 절연성 부시를 넣고, 전기절연성의 유기 냉매(이 경우에는, 파라핀/트리클렌 혼합 냉매)를 사용해서, 냉각롤의 심금 자체를 어스로부터 절연한 상태에서, 상기 냉각롤의 심금(내부 전극에 상당함)에 전하를 인가해서 금속제이고 도전성인 롤 표면을 대전시켜서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 용융 수지 시트를 정전기적으로 상기 냉각롤에 밀착시키는 것이 개시되어 있다. 그런데, 일반적으로 전기절연성 유기 냉매는 열전도성이 좋은 물의 열교환 능력과 비교하면 고온의 용융 수지 시트의 냉각 능력이 매우 나쁘고, 또한 용융 수지 시트가 박리된 후의 상기 냉각롤의 표면 온도의 회복 능력도 열화하므로, 용융 수지 시트는 냉각 부족이 되고, 수지 시트의 제막 속도를 높일 수 없고, 얻어진 수지 시트도 결정화도가 높아서, 투명성이 나쁜 것밖에 얻어지지 않는다.

또한, 특허문헌 13에서는, 구금을 통해서 어스와 접속되어 있는 용융 수지 시트가 고전압을 인가한 금속 롤 표면에 접근해서 접촉하기 직전에, 비교적 큰 불꽃 방전이 발생하기 쉽다. 이것에 대한 대책과 감전 방지를 위해서, 전원의 출력측에 10⁹Ω의 저항기를 접속해서 매우 강하게 전류 공급을 제한하는 구조를 취하고, 또한 냉각롤 표면에의 인가전압을 1kV 이하로 저전압으로 하고 있다. 그런데, 이 정도의 전압에서는 PET의 용융 수지 시트의 밀착력은 극히 약하여, 공기의 말려 들어감을 방지할 수 없기 때문에, 표면에 크레이터 형상 결점이 발생하여, 용융 수지 시트 표면이 조면화된다고 하는 중요한 문제가 있다.

또한, 특허문헌 13과 같이 냉각롤의 표면이 도전체이고, 그 도전체에 전압을 인가하고 있는 경우에는 체적 고유 저항치가 10⁷Ω㎝ 이상으로 반도체 레벨 이상의 고저항체인 PET의 용융 수지 시트에 대해서는 냉각롤과 PET 용융 수지 시트 사이의 전위차를 유지할 수 있으므로, 극히 미소하지만 밀착력은 발생한다. 그러나, 체적 고유 저항치가 10⁶Ωcm 이하이고 도전성의 폴리아미드계 용융 수지 시트에 대해서는, 용융 수지 시트가 냉각롤 표면에 접촉하면 냉각롤로부터 용융 수지 시트로 즉각 전류(전하)가 흘러서, 냉각롤과 용융 수지 시트의 전위차가 저하하기 때문에 밀착력은 소멸한다. 따라서, 특허문헌 13의 방법과 같이 냉각롤의 표면이 도전성이고, 냉각롤의 표면에 전압을 인가하는 방법에 있어서는, 체적 고유 저항치가 낮은 폴리아미드계나 더욱이는 도전성 용융 수지 시트의 제막은 불가능하다. 이상의 수개의 중대한 결점으로부터, 최외층을 도전성 금속 표면으로 하고, 그것에 전압을 인가해서 대전시키는 특허문헌 13의 방법은 열가소 수지 시트의 제조 방법으로서는 불적격하다.

특허문헌 14는 특허문헌 13을 개량해서 인가전압을 높게 할 수 있도록 하고 있다. 냉각롤 표면에 절연층, 그 위에 내부 전극층, 또한 그 위의 최외층에 25℃에서의 체적 고유 저항치가 10¹⁵Ω㎝로 고절연성이고 고내전압이며, 또한 부의 감온성 반도체의 특성을 갖는 폴리아미드 수지(나일론 수지)층을 0.5mm의 두께로 사용하고 있다. 최외층에 고절연성, 고내전압성의 나일론을 사용함으로써, 내부 전극층에 15∼35kV로 매우 높은 전압을 인가해도 냉각롤 표면과 구금 사이에서의 불꽃 방전을 방지할 수 있다고 하고 있다. 또한, 감온성 재료인 나일론 수지를 최외층에 사용하는 목적은 용융 수지 시트가 냉각롤에 접촉하기 직전에 발생하는 미소 방전을 없애는 것이며, 그것에 의해서 용융 수지 시트의 정전 밀착이 불안정해지는 것을 방지하고, 가능한 한 인가전압을 높여서, 보다 높은 정전 밀착력을 얻는 것이다.

나일론 수지는 확실히 100℃ 정도의 온도 변화에서도 그 체적 고유 저항치는 10¹³Ω㎝ 이상으로부터 10⁷Ω㎝ 정도까지로 10^-6배 정도도 저하한다고 하는 극히 현저한 감온 특성을 나타낸다. 나일론 수지 등과 같이, 용융 수지 시트와의 접촉에 의한 온도 상승에 의해 최외층 표면에 그와 같은 체적 고유 저항치 또는 표면 저항률의 현저한 변화가 발생하는 경우에는 어떤 원인에 의해 미소 방전을 방지하는 효과를 나타낼 가능성은 있다.

그런데, 나일론 수지와 같이, 체적 고유 저항치가 10¹³∼10¹⁵Ω㎝로 고절연성인 재료를 최외층으로서 적층시킨 경우, 피흡착체인 용융 폴리에스테르 수지 시트 등을 최외층 표면에 밀착시키는 힘은 고절연층인 최외층을 사이에 두고 내부 전극과 피흡착체인 용융 폴리에스테르 수지 시트 사이에 유전 축적한 전하에 의해 발생하는 정전력이다. 이때의 밀착력(P)[Pa]은 쿨롱력이라고 칭하고, 식(1)으로 나타내어진다. 여기에서 V[V]는 내부 전극에 인가한 전압, d_c[m]는 내부 전극과 피흡착체의 거리이다. 거리(d_c)는 피흡착체가 최외층 표면에 접촉하고 있을 때는 거의 최외층의 두께와 같다. ε₀은 진공의 유전율, ε_ㅣ은 최외층의 비유전율이다.

P = 1/2·ε₀ε_ㅣ·(V/d_C)² (1)

여기에서, 용융 수지 시트와 접촉하고 있는 최외층의 표면부의 체적 고유 저항치는 용융 수지 시트로부터의 열전달에 의한 온도 상승에 의해 저하하지만, 최외층을 구성하는 나일론 수지의 열전 전도율은 현저히 나쁘고, 또한 그 두께는 0.5mm로 두꺼워 단열성이 높으므로, 최외층의 하층부는 내부 전극과 거의 같은 온도이며, 최외층 전체에서는 절연체의 상태를 유지하고 있다고 가정하고 있다.

식(1)으로부터 명백해지듯이 쿨롱력식의 밀착력(P)은 V²에 비례하고 d_C ²에 반비례한다. 따라서 밀착력(P)을 크게 하기 위해서는 인가전압(V)을 크게 하고, 두께(d_c)를 작게 하여 V/d_c를 크게 하면 좋다. 그러나, 최외층의 두께(d_c)를 작게 유지한 채에서는 인가전압(V)을 크게 하면, 그 인가전압에 대한 내전압이 부족하여 최외층의 절연 파괴가 발생하므로, 인가전압을 높일 수 없어서 V/d_c를 크게 할 수 없다. 특허문헌 14의 실시예 1에서는, 최외층의 내전압 성능을 높여서 인가전압을 보다 높게 할 목적에서, 최외층, 즉 나일론 수지층을 0.5mm로 두껍게 하고 있다. 그러나 금번은 식(1)의 d_c가 커지므로 V/d_c가 작아져서, 인가전압이 15kV 정도에서도 여전히 전압 부족으로 밀착력이 약해져서, 용융 수지 시트를 견고하게 흡착할 수 없고 수반 공기류를 억제할 수 없다.

특허문헌 14의 실시예 1은 15kV로 매우 높은 전압을 인가하고 있음에도 불구하고, 내부 전극과 피흡착체인 용융 수지 시트의 거리가 0.5mm로 크기 때문에, 약한 밀착력밖에 얻어지지 않는다고 하는, 상기 식(1)에 나타내어지는 쿨롱력식의 정전력의 특징을 잘 나타내고 있다.

그런데 나일론 수지의 내전압은 45kV/mm이다. 최외층에는 0.5mm 두께의 나일론 수지를 이용해도, 밀착력을 증가시키고자 더욱 내부 전극에 22.5kV 이상의 높은 전압을 인가하기에는 아직 내전압이 부족하다. 또한, 내부 전극의 하층에 있는 절연층에 관해서는 사용하는 소재의 종류와 두께의 기재가 없고, 상세한 내용이 불분명하지만, 통상은 산화알루미늄과 같은 용사 세라믹스층을 절연층으로 하는 경우가 많고, 그 경우에서는 산화알루미늄(알루미나)의 내전압은 15kV/mm 정도이므로, 15kV 이상의 고전압 인가는 내부 전극의 하층에 있는 절연층의 파괴 위험도 있기 때문에, 생산기로서는 도저히 사용할 수 없는 것이다.

일반적으로, 유기 수지류의 열전도율은 금속이나 세라믹스와 비교해서 극히 낮고, 예를 들면 나일론 수지의 열전도율은 0.4(W/m·K)이지만, 철의 열전도율은 53(W/m·K)이며, 나일론 수지와 철의 열전도율비는 1/133이다. 최외층의 나일론 수지층의 두께는 0.5mm로 커서 이미 상기 용융 수지 시트에 대한 냉각 성능은 현저히 저하하여 있어서 문제인데, 더욱 고전압으로 인가전압을 올려서 밀착력을 높이고자 하는 특허문헌 14의 방법은 최외층의 두께를 더욱 필요로 하여, 용융 수지 시트에 대한 냉각 성능이 더욱 저하한다고 하는 심각한 문제도 발생한다.

또한, 특허문헌 14는 미소 방전을 방지하기 위한 부의 감온성 반도체 재료로서 「융해한 중합체 시트가 접촉했을 때, 전기 저항이 저하하는 것이고, 저하하는 정도는 접촉 전의 전기 저항치의 1/5 이하, 바람직하게는 1/10 이하, 보다 바람직하게는 1/100 이하가 되는 특성을 갖는 것이 바람직하고」, 「온도가 25℃ 이상, 350℃ 이하의 범위에서, 체적 고유 저항치가 10⁰Ω㎝ 이상 10¹⁴Ω㎝ 이하가 되는 물질이 바람직하다」라고 하여, 나일론이나 에폭시 등의 수지 이외에 산화금속류의 서미스터(NTC 서미스터)를 사용한다고 하고 있다. 그러나, 그 사용 온도 범위와 체적 고유 저항치의 상한 및 하한의 설정, 체적 고유 저항치의 온도 계수의 범위, 더욱이는 산화 금속의 종류나 재질의 선정에 관해서, 명세서의 어디에도 기술적 또는 실험적인 검토가 없고, 근거가 나타내어져 있지 않다. 최외층이 나일론 수지일 경우의 실시예와 최외층이 금속일 경우의 비교예가 있을뿐이다. 일반적으로 거의 모든 산화금속류는 부의 온도 계수를 갖고 있고, 감온성의 반도체적 특성을 나타낸다. 예를 들면, 고절연성의 산화물 세라믹스로서 가장 사용되고 있는 99.9% 순도의 알루미나 소결체조차도 20℃에서의 체적 고유 저항치는 10¹⁴Ω㎝ 이상이지만, 300℃에 있어서는 10¹⁰∼10¹²Ω㎝이다. 따라서, 상기 체적 고유 저항치의 범위와 온도 변화의 범위는 매우 넓고, 상기 범위에는 현존하는 거의 모든 산화금속류가 포함되어버린다. 즉, 특허문헌 14에 있어서, 부의 감온성의 반도체 재료로서 바람직하다고 해서 기재된 상기 수치 범위는 특허문헌 14의 발명이 의도하는 효과를 발휘하지 않는 것도 포함하고 있다. 또한, 감온성 재료로서 나일론을 사용한 실시예에서는 오실로스코프에 의한 냉각롤의 전위 변동을 미소 방전 발생의 징후라고 간주해서 그 발생의 유무를 조사하고 있는 것뿐이고, 냉각롤 최외층의 나일론 수지의 표면층의 온도 변화, 즉 체적 고유 저항치 변화나 전류량 등도 검토되어 있지 않다. 미소 방전을 방지하기 위해서는 최외층용 재료로서 나일론 수지를 사용하면 좋다고 하고 있을 뿐이다. 실제는, 후술하는 바와 같이 최외층이 고절연체인 알루미나일 경우에는 최외층 표면으로부터 냉각 고화 후의 수지 시트를 박리하면, 최외층 표면에 박리 대전에 의한 잔류 역전하가 발생하고, 그 역전하는 전압 인가 상태에서는 제거할 수 없으므로, 용융 수지 시트는 그 역전하에 튕겨져서 재차 밀착할 수 없다. 그 때문에, 사용 온도가 25℃∼100℃에 있어서는 알루미나의 최외층은 특허문헌 14와 같은 목적으로는 사용할 수 없다.

특허문헌 14에서는, 기타 미소 방전을 방지할 목적에서 산화 금속계의 서미스터가 사용 가능하다고 하고 있다. 그러나, 상온 근방에서 사용하는 산화물계의 서미스터(NTC 서미스터)에는 체적 고유 저항치는 10⁶∼10⁷Ω㎝ 이하의 것밖에 실재하지 않는다. 특허문헌 14에서는, 이들 산화 금속의 실시예는 나타내어 있지 않고, 그들을 사용했을 때에 실제로 「저항 감소에 의한 미소 방전 방지의 효과」가 있는지의 기술적 또는 실험적인 검증은 되어 있지 않다. 또한, 체적 고유 저항치가 10⁶Ω㎝ 이하의 재료는 정전기 분야에서의 분류에서는 도전성으로 분류된다. 따라서, 상기 실시예 1에서 목적으로 하고 있는 15kV 이상의 높은 인가전압에 있어서는 상기 서미스터의 절연 성능으로는 냉각롤 표면과 구금 사이의 불꽃 방전을 방지할 수 없다. 또한, 체적 고유 저항치가 도전체 레벨인 NTC 서미스터를 최외층에 사용했을 경우에는, 특허문헌 13과 같이 체적 고유 저항치가 낮은 폴리아미드계 용융 수지 시트 등의 정전 밀착은 불가능하다. 이와 같이 특허문헌 14가 제안하는 바와 같이, 어떤 방법으로 미소 방전을 방지해서 밀착력의 불안정을 없애고, 그것에 의해서 내부 전극에의 인가전압을 15∼35kV로 가능한 한 높게 끌어올려서 용융 수지 시트의 냉각롤 표면에의 밀착력을 얻고자 하는 방법은 밀착 강도, 냉각 능력, 시트 품위의 점도, 안전성과 메인터넌스의 점으로부터도, 생산 장치로서 도저히 사용할 수 없는 것은 명백하다.

이와 같이, 각종의 밀착 방법에 의한 제막 방법이 제안되어 있지만, 종래의 방법에서는 하기의 같은 문제점이 있었다.

에어나이프법에서는,

(1) 밀착력이 약하고, 고속 제막은 할 수 없다.

(2) 냉각롤이 경시에서 오염된다.

정전 피닝법에서는,

(3) 용융 수지 시트의 체적 고유 저항치가 적정하지 않으면, 상기 피닝법을 적용할 수 없다. 특히, 폴리아미드 수지와 같이 체적 고유 저항치가 낮은 용융 수지 시트의 제막은 어렵다.

(4) 고전압을 사용하므로, 냉각롤 표면이 방전 스파크 등에 의해 손상된다.

(5) 얻어진 수지 시트에 방전흔이 있다.

(6) 얻어진 수지 시트에 박리 대전에 의한 표면 결점이 있다.

(7) 얻어진 수지 시트가 내부 대전하여 있다.

(8) 안전성에 문제가 있다.

내부 전극에 전압을 인가하여 용융 수지 시트를 밀착시키는 방법에서는,

(9) 밀착력이 약하고, 제막 속도가 느리고 또한 밀착이 안정하지 않다.

(10) 고절연성의 최외층을 설치했을 때에는 실용적인 밀착력을 얻기 위해서는 매우 높은 인가전압이 필요해서, 위험성이 높고 실용적이지 않다.

(11) 최외층이 고절연성이라면, 박리 대전에 의한 잔류 전하의 영향에 의해 연속 제막을 할 수 없다.

본 발명의 제 1 목적은 종래의 정전 피닝법이 갖는 상기의 문제점이나 품질상의 결점을 모두 해소하고, 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 용융 수지 시트의 고속 제막을 장시간 안정시키는 것에 있다.

본 발명의 제 2 목적은 종래법에서는 곤란했고, 체적 고유 저항치가 낮은 폴리아미드 수지나 첨가제 등으로 체적 고유 저항치를 조정하지 않고 비교적 체적 고유 저항치가 높은 열가소성 수지의 용융 수지 시트에도 적용할 수 있는, 완전히 새로운 정전 밀착법을 이용한 냉각롤 및 열가소성 수지 시트의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 냉각롤은 용융시킨 열가소성 수지로 이루어지는 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 수지 시트를 어스 접속 상태에 있는 구금으로부터 연속 회전 상태에 있는 냉각롤 표면으로 연속적으로 압출하고, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤 표면에 밀착시켜서 회전 이송하면서 냉각 고화시킨 뒤, 냉각 고화한 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 연속적으로 박리해서 열가소성 수지 시트를 얻는 방법에 사용된다. 상기 냉각롤은 상기 수지 시트가 밀착하는 최외층과, 상기 최외층에 대하여 내측에 인접하는 도전성 단극식의 내부 전극층과, 상기 내부 전극층에 대하여 내측에 인접하는 절연층을 구비한다. 상기 냉각롤은 상기 내부 전극층에 소정의 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 최외층은 세라믹스계 재료로 이루어지고, 상기 최외층의 체적 고유 저항치가 25∼100℃에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이다. 상기 냉각롤은 상기 내부 전극층에 상기 소정의 전압이 인가된 상태에 있어서, 상기 최외층에 접촉한 상기 수지 시트를 상기 최외층에 밀착시키는 정전기력을 발생시키는 것이 가능하다. 상기 정전력은 주로 존슨·라벡 효과에 근거한다.

본 발명의 열가소성 수지 시트의 제조 방법은 용융시킨 열가소성 수지로 이루어지는 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 수지 시트를 어스 접속 상태에 있는 구금으로부터 연속 회전 상태에 있는 냉각롤 표면으로 연속적으로 압출하는 공정과, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤 표면에 밀착시켜서 회전 이송하면서 냉각 고화시키는 공정과, 냉각 고화한 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 연속적으로 박리하는 공정을 구비한다. 상기 냉각롤은 상기 본 발명의 냉각롤이다. 상기 내부 전극층에 소정의 직류 전압을 인가하면서, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤에 밀착시키고, 또한 냉각 고화 후의 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 박리한다.

본 발명에 의하면, 하기의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 용융 수지 시트의 밀착력은 제막 속도의 영향을 받지 않고, 또한 용융 수지 시트는 수반 공기류가 말려 들어가지 않게 냉각롤에 고밀착하므로, 종래법에서는 불가능했던 100m/min 이상의 고속도에서의 캐스트가 가능해진다.

(2) 체적 고유 저항치가 도전체로부터 10⁹Ω㎝까지로 폭넓은 범위의 용융 수지 시트를 냉각롤에 밀착 가능하므로, 대부분의 종류의 열가소 수지의 고속 제막에 대하여 적용 가능하다. 특히 지금까지, 정전 피닝법을 적용할 수 없고, 고속 제막은 어렵다고 하고 있는 나일론 6과 같은 유용한 열가소 수지의 고속 제막이 가능해진다.

(3) 정전 피닝법에서는 용융 수지 시트의 체적 고유 저항치를 첨가제에 의해 피닝에 적합한 10⁷∼10⁸Ω㎝로 매우 좁은 범위로 미세 조정할 필요가 있었다. 본 발명에서는 이러한 조정 작업이 불필요하다. 따라서, 첨가제에 의한 수지 시트의 특성 열화도 발생하지 않는다.

(4) 정전 피닝법에서는 문제가 되는, 용융 수지 시트 중의 이물이나 기포에 대한 스파크 방전이나, 용융 수지 시트를 관통해서 냉각롤 표면에 도달하는 이상 방전은 본 발명에서는 전혀 발생하지 않는다.

(5) 내부 전극에 전압을 인가한 채에서도 무리한 부하를 가하지 않고 냉각 고화 후의 수지 시트를 냉각롤로부터 용이하게 박리할 수 있다.

(6) 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝인 냉각롤의 최외층의 표면에서는 박리 대전에서 발생한 전하는 즉각 소멸해서 잔류하지 않으므로, 냉각롤 표면의 제전은 불필요하고, 내부 전극에 전압을 인가한 상태에서도 연속 흡착과 연속 박리가 가능하다. 또한, 냉각롤 표면에는 먼지 등의 오염은 부착되지 않는다. 또한, 얻어진 수지 시트에는 내부 대전은 발생하지 않으므로, 후의 공정에서의 취급성이 우수하다.

(7) 정전 피닝법에서는 제막 속도가 변경될 때마다 실시하고 있었던 피닝 전극의 위치나 거리의 조정이 본 발명에서는 불필요하다. 이 때문에, 제막을 정지하지 않고, 신속하고 또한 리얼타임으로 제막 속도나 용융 수지 시트의 두께를 변경하는 것이 가능하다.

(8) 용융 수지 시트는 냉각롤과의 사이에 공기가 말려 들어가지 않아서, 냉각롤의 표면에 간극이 없는 고밀착을 한다. 이 때문에, 냉각롤의 표면에의 올리고머의 석출이 없어서, 냉각롤의 표면이 항상 클린한 상태에서 장시간 연속 제막이 가능해진다.

(9) 본 발명의 냉각롤의 용융 수지 시트에 대한 흡착력은 냉각롤 표면의 넓은 범위에 있어서 균일하므로, 주름이 없고, 두께의 균질성, 평면성·평탄성, 광택 등이 우수한 수지 시트가 얻어진다.

(10) 내부 전극층에 인가하는 직류 전압은 0.3∼6kV 정도의 비교적 저전압이지만, 상기 내부 전극은 내전압이 실질 6kV 이상, 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝이며, 전기 누설 대책으로는 실질적으로 절연성이 되는 최외층으로 완전히 덮여져 있으므로 인체에 대한 안전성도 높다.

도 1은 본 발명의 냉각롤을 사용한 열가소성 수지 시트의 제조 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 JR력에 의한 용융 수지 시트의 정전 밀착 모델 도이다.
도 4는 JR력에 의한 용융 수지 시트의 정전 흡착의 등가 회로도이다.
도 5는 본 발명의 냉각롤을 사용한 열가소성 수지 시트의 제조 장치의 다른 예를 나타낸 사시도이다.
도 6A는 쿨롱력식 흡착체의 용융 수지 시트의 밀착의 모델도이다.
도 6B는 도 6A의 등가 회로이다.
도 7은 테스트롤에 의한 피흡착 필름의 밀착력의 측정 방법을 나타낸 도이다.
도 8은 JR력식과 쿨롱력식의 밀착력을 비교한 그래프이다.
도 9는 JR력으로 용융 수지 시트를 흡착하고 있을 때의 전류 밀도와 인가전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 피닝 전극을 병용한 JR력식 테스트롤에 의한 피흡착 필름의 밀착력의 측정 방법을 나타낸 도이다.
도 11은 JR력식 냉각롤 단독의 경우와 피닝 전극을 병용했을 경우의 밀착력을 비교한 그래프이다.

도 1은 본 발명의 열가소성 수지 시트의 제조 방법을 실시하기 위한 제조 장치의 일례를 나타낸 사시도이다. 용융된 열가소성 수지로 이루어지는 용융 수지 시트(8)가 구금(7)으로부터 냉각롤(1) 상에 압출된다. 냉각롤(1)은 화살표의 방향으로 일정한 회전 속도로 회전하고 있다. 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)의 외주 표면에 밀착하면서, 냉각롤(1)과 함께 회전한다. 냉각롤(1)은 용융 수지 시트(8)의 냉각에 상응하는 온도, 예를 들면 25℃ 정도의 온도가 되도록 냉각 유지되어 있다. 이 때문에, 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)에 의해 냉각 고화된다. 냉각 고화된 수지 시트(12)는 박리롤(16)에 의해 냉각롤(1)로부터 박리된다. 즉, 구금(7)으로부터 압출된 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1) 상에서 냉각 고화되어 수지 시트(12)로 변화되고, 상기 수지 시트(12)가 냉각롤(1)로부터 박리된다. 냉각롤(1)의 냉각 방법은 제한은 없고, 예를 들면 공지의 수냉 방식을 사용할 수 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 제조 장치의 측면도이다. 냉각롤(1)은 용융 수지 시트(8)가 밀착하는 최외층(4)과, 최외층(4)에 대하여 내측에 인접하는 단극식의 도전성 내부 전극층(3)과, 또한 내부 전극층(3)에 대하여 내측에 인접하는 절연층(2)을 구비하고 있고, 절연층(2)에 의해 상기 내부 전극층(3)은 냉각롤(1)의 심금(36)과 어스로부터 완전히 절연된다.

일반적으로, 존슨·라벡 효과를 이용하는 흡착체에 설치되는 내부 전극으로서는 전압의 인가 방식에 의해 단극식과 쌍극식의 2종류가 존재한다. 단극식이란, 정(+) 또는 부(-) 중 어느 하나의 단일의 내부 전극만을 갖고, 어스와 이 단일 전극 사이에만 전압을 인가하는 방식이다. 피흡착체는 어스에 접속되어 있으므로, 실질적으로는 어스에 접속된 피흡착체와 단일극의 내부 전극 사이에 전압을 인가하는 방식이 된다. 쌍극식이란, 정(+)극과 부(-)극이 한 쌍으로 된, 서로 절연된 2극의 내부 전극을 갖고, 부극은 어스와 동 전위 또는 어스보다 마이너스 전위 중 어느 것이어도 좋지만, 피흡착체는 어스로부터 절연된 상태에서 양 전극에 전압을 인가하는 방식이 된다. 본 발명에 있어서는, 피흡착체인 용융 수지 시트(8)는 구금(7)을 통해서 항상 어스(10)에 접속되어 있기 때문에, 내부 전극층(3)에는 단극식을 사용한다. 본 발명에서는, 쌍극식이면 어스측으로 전하(전류)가 누설해서 JR력이 불안정해진다. 내부 전극층(3)은 냉각롤(1)의 축방향으로는 용융 수지 시트(8)의 폭보다 넓은 범위에 걸쳐서, 또한 냉각롤(1)의 회전 방향으로는 냉각롤(1)의 전체 둘레에 걸쳐서 연속적으로 동일하게 설치된다.

최외층(4)의 체적 고유 저항치는 25∼100℃에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이다. 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 실질적으로 비감온성이어서 온도 변화에 대하여 안정한 것, 구체적으로는 최외층(4)의 체적 고유 저항치의 온도 변화의 비율(R100/R25)이 0.1∼1.0인 것이 바람직하다. 여기에서, 체적 고유 저항치의 온도 변화의 비율(R100/R25)이란, 25℃의 온도에서의 체적 고유 저항치(R25)에 대한 100℃의 온도에서의 체적 고유 저항치(R100)의 비율(R100/R25)을 말한다. 또한, 최외층(4)의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 0.01∼0.3㎛이다. 최외층(4)의 형성시에 냉각롤(1)의 폭방향의 일단의 일부를 마스킹함으로써 최외층(4)이 형성되어 있지 않은 영역(4a)이 형성되고, 상기 영역(4a)에 절연층(2) 및 내부 전극층(3)이 노출되어 있다.

도 1 및 도 2에 나타내어져 있는 바와 같이, 냉각롤(1)의 양단으로부터 돌출된 한 쌍의 롤축 중 일방의 외주면에 고절연체 링(5a)이 설치되고, 고절연체 링(5a) 상에 도전성의 슬립링(5b)이 설치되어 있다. 슬립링(5b)과, 상기 영역(4a)에 노출된 내부 전극층(3)은 내부 전극 인출선(6)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 냉각롤(1)의 심금(36) 전체는 대전(차지업) 방지를 위해서, 한 쌍의 축 중의 타방을 통해서 어스(10)에 접지된다. 직류 전원(9)이 전극용 출력 배선(11a) 및 카본 브러시(11b)를 통해서 슬립링(5b)에 정극의 직류 전압을 인가한다. 직류 전원(9)의 어스 단자 및 구금(7)은 어스(10)에 접지된다.

본 발명의 열가소성 수지 시트의 제조 방법은 용융시킨 열가소성 수지를 구금(7)으로부터 시트 형상으로 연속적으로 압출 성형하는 공정과, 상기 구금(7)으로부터 압출된 상기 열가소성 수지로 이루어지는 용융 수지 시트(8)를 연속 회전하는 냉각롤(1)에 밀착시켜서 회전 이송하면서 냉각 고화시키는 공정과, 상기 용융 수지 시트(8)가 냉각 고화된 상태인 수지 시트(12)를 상기 냉각롤(1)로부터 연속적으로 박리하는 공정을 구비하고 있다. 상기 내부 전극층(3)에 직류 전압을 인가함으로써, 상기 내부 전극층(3)으로부터 상기 최외층(4), 또한 상기 용융 수지 시트(8)를 통해서 상기 구금(7)으로 전류(19)가 흐른다. 이 결과, 상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8)의 접촉 계면에서는 상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8)가 접촉하고 있는 미소 접점(17)(후술하는 도 3 참조)에 미소 전류가 흐름과 아울러, 접촉 계면층의 저항에 의해 전압 드롭이 발생하여, 상기 최외층(4) 표면과 용융 수지 시트(8)의 접촉면 사이에 전위차가 발생한다. 이 전위차에 의해, 상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8) 사이의 미소 간극(18)을 통해서 대향하는 상기 최외층(4) 및 상기 용융 수지 시트(8)의 각각의 미소 간극(18)(후술하는 도 3 참조)을 통해서 마주 보는 면에 서로 역극성의 전하가 각각 유기·대전된다. 상기 역극성의 전하 간의 정전기력에 의해, 상기 용융 수지 시트(8)가 상기 냉각롤(1)의 표면에 착지함과 동시에, 불꽃 방전을 일으키지 않고 상기 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)에 강하게 밀착되는 것이다.

상기 내부 전극층(3)에 인가하는 직류 전압이 바람직하게는 0.3∼6.0kV이다. 이때, 상기 냉각롤(1)의 표면을 통해서 상기 냉각롤(1)의 표면에 접촉한 상기 용융 수지 시트(8)에 흐르는 미소 전류가 냉각롤(1)과 상기 수지 시트(8, 12)의 접촉 면적 전체면에 있어서 단위면적당 바람직하게는 0.005∼6μA/㎠이다.

상기 냉각롤(1)에 착지하기 전의 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 바람직하게는 10⁹Ω㎝ 이하이며, 또한 상기 냉각롤(1)로부터 박리된 시점에서의 수지 시트(12)의 체적 고유 저항치가 바람직하게는 10¹⁰Ω㎝ 이상이다.

본 발명에서는 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1) 사이의 밀착력은 주로 존슨·라벡(Johnsen-Rhabek)력이라고 불리는 정전력에 근거한다(이하, 상기 밀착력을 「JR력」이라고 표시한다). 용융 수지 시트(8)가 냉각롤(1)에 접촉할 때에, JR력에 의한 정전 밀착력이 발생하는 형태를 도 3에 나타낸다.

냉각롤(1)의 표면의 최외층(4)과 용융 수지 시트(8)는 미소 접점(17)에서 접촉하고, 미소 접점(17)의 주위의 미소 간극(18)에서는 접촉하지 않고 이간하여 있다. 이 미소 접점(17)과 미소 간극(18)은 주로 최외층(4)의 표면의 표면 거칠기 차트의 산부(山部)에 상당하는 미소 돌기와 곡부(谷部)에 상당하는 오목부에 각각 기인하고 있다. 내부 전극층(3)에 직류 전압을 인가함으로써, 상기 내부 전극층(3)에 접하여 있는 최외층(4)과 용융 수지 시트(8)가 접촉하고 있는 미소 접점(17)을 통해서 미소 전류(19)를 흘리고, 미소 접점(17)의 접촉 저항(27)(미소 돌기의 저항을 포함함)에 의해 급격한 전압 강하를 발생시키고, 이 미소 접점(17)에 발생한 전위차에 의해 그 미소 접점(17) 주위의 미소 간극(18)을 통해서 대향하는 최외층(4) 및 용융 수지 시트(8)의 각각의 면(23, 22)에 서로 역극성이고 등량의 전하(도 3의 「+」 및 「-」)(20)를 유기·축적시킨다. 그리고, 이들 상기 역극성의 전하 간의 정전기력에 의해, 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1) 사이에 강력한 밀착력(JR력)이 발생한다.

도 4에 JR력에 의해 용융 수지 시트(8)를 최외층(4)의 표면에 밀착 중인 등가 회로를 나타낸다. 이 도 4에 있어서, 최외층(4)은 저항(28)(R_bulk)과 두께 방향의 최외층(4)에 의한 커패시터(29)(정전용량 C_bulk)의 병렬 회로로 나타내고 있다. 또한, 최외층(4)의 표면과 용융 수지 시트(8)의 경계 부분은 미소 접점(17)의 접촉 저항(27)(R_contact)과 미소 간극(18)에 의한 커패시터(26)(정전용량 C_gap)의 병렬 회로로 나타내고 있다. 또한, 용융 수지 시트(8)의 저항(25)(R_sheet)도 회로의 중요한 구성요소로 되어 있다. 이 등가 회로에서의 총 저항(R)은 최외층(4)의 저항(28)과, 최외층(4)의 표면과 용융 수지 시트(8)의 미소 접점(17)에서의 접촉 저항(27)과, 용융 수지 시트(8)의 저항(25)의 직렬 결합으로 되어 있다. 따라서, 이 등가 회로 전체에의 전원(9)에 의한 인가전압(33)을 V₀[V]라고 하면, 미소 전류(19)(I[A])는 하기 식(2)으로 나타내어지고, 용융 수지 시트의 저항(25)(R_sheet)의 영향을 강하게 받는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 저항(25), 저항(27) 및 저항(28) 이외의 저항은 이들과 비교해서 충분히 작다고 하고 무시하고 있다.

I=V₀/(R_bulk+R_contact+R_sheet) (2)

미소 간극(18)에 발생한 전위차(31)를 V_gap[V], 미소 간극(18)의 거리(34)를 d_gap[m], 미소 간극(18) 내 공기층의 유전율을 ε₀라고 하면, 이 미소 간극(18)을 통해서 마주보는 면은 커패시터(26)(C_gap)를 형성하고 있고, 이 커패시터(26)에 발생하는 상기 용융 수지 시트(8)의 밀착력(P)[Pa]은 도 4의 등가 회로로부터 하기의 근사식(3)으로 표시된다.

P=αε₀/2·(V_gap/d_gap)² (3)

또한, α는 미소 접점(17)과 미소 간극(18)의 면적 비율 및 미소 간극(18)의 거리(34)(d_gap)의 실효치를 조정하는 정수이다. α의 실제 크기는 0.005 정도로 상당히 작지만, 미소 간극(18)의 거리(34)가 0.3㎛ 이하로 극히 접근하여 있는 것의 효과에 의해 강한 밀착력이 얻어지는 것이다. 미소 전류(19)가 흐르고 있는 상태에서는, 전하는 최외층(4)의 표면으로 이동하기 때문에, 도 4에 있어서의 최외층(4)에는 커패시터(29)(C_bulk)는 발생하지 않고, 상기 미소 간극(18)에 의한 커패시터(26)(C_gap)가 지배적으로 되고, 이것에 의해 JR력에 의한 강한 밀착력이 발생한다. 여기에서, 식(3)의 전위차(31)(V_gap)는 미소 전류(19)(I)와 미소 접점(17)의 접촉 저항(27)(R_gap)에 의해, 하기 식(4)과 같이 나타내어지고, JR력이 미소 전류(19)와 접촉 저항(27)에 강하게 의존하고 있는 것을 알 수 있다. 더욱이, 접촉 저항(27)은 최외층(4)의 표면 거칠기에 기인하는 미소 돌기의 저항을 포함하고 있기 때문에, JR력은 최외층(4)의 체적 고유 저항치에 강하게 영향을 미친다.

V_gap=I·R_gap （4)

더욱 상세하게 설명하면, 구금(7)을 통해서 어스(10)와 접속되어 있는 열가소성 용융 수지 시트(8)가 대전된 최외층(4)의 표면에 접촉하면, 어스(10)-직류 전원(9)-내부 전극층(3)-최외층(4)-미소 접점(17)의 접촉 계면-용융 수지 시트(8)-구금(7)-어스(10)로 이루어지는 도 4에 나타내는 폐회로가 형성된다. 미소 전류(19)가 내부 전극층(3)으로부터 최외층(4), 최외층(4)과 용융 수지 시트(8)의 미소 접점(17), 및 용융 수지 시트(8)를 순차적으로 거쳐서 구금(7)으로 흐른다. 이때, 상기 용융 수지 시트(8)와 상기 최외층(4)의 접촉 계면에 존재하는 접촉 저항(27)에 의해 전압 강하가 일어나고, 미소 간극(18)을 사이에 두고 상대하는 표면 간에 전위차(31)가 발생한다. 이 전위차(31)에 의해 미소 접점(17) 주위의 미소 간극(18)은 커패시터(26)가 되고, 서로 역극성이고 등량의 전하(20)가 유도되어 축전된다. 즉, 냉각롤(1)의 최외층(4)의 표면측에는 내부 전극층(3)과 동 극성의 전하가 이동해서 축적되고, 용융 수지 시트(8)의 냉각롤(1)과의 접촉면측에는 그것과는 역극성의 전하가 유전 축적된다. 상기 최외층(4)의 미소 간극(18)측의 표면(23)과 상기 용융 수지 시트(8)의 미소 간극(18)측의 표면(22)에 각각 대전된 서로 역극성의 전하(20) 사이에서 발생하는 정전기력을 JR력이라고 부른다. 상기 용융 수지 시트(8)는 이 JR력에 의해 상기 최외층(4) 표면에 강하게 정전 밀착된다.

용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1) 표면 간의 거리가 극히 접근해 와도, 용융 수지 시트(8)가 아직 냉각롤(1) 표면에 접촉하여 있지 않을 때에는 JR력은 발생하지 않고, 접촉해서 미소 전류가 흐르면, 즉각 강력한 밀착력이 발생한다. JR력은 접촉 상태에 있어서 미소 전류가 흐를 때에만 발생하는 매우 강한 근접력이므로, 열가소 상태의 상기 용융 수지 시트(8)와 상기 최외층(4)의 원통 형상의 표면 사이의 밀착 개시선에 있어서 수반 공기류는 축차 방출되어 가서 그 말려 들어감은 없어서, 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)의 접촉면 전체면에 있어서 간극 없이 균일한 밀착이 가능해진다.

상기 용융 수지 시트(8)가 상기 냉각롤(1)에 접촉함과 동시에 상기 JR력이 작용하기 위해서는, 냉각롤(1)의 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 25∼100℃의 온도에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이며, 바람직하게는 10⁸∼10¹²Ω㎝이다. 최외층(4)의 체적 고유 저항치가 이 범위임으로써, 내부 전극층(3)과 어스(10) 사이에 최대 6kV 정도의 직류 고전압(33)을 인가해도, 내부 전극층(3)으로부터 최외층(4) 표면을 향해서 흐르는 전류(19)를 수지 시트(8, 12)와 상기 최외층(4)의 전체 접촉면에 있어서의 전류 밀도 환산으로 0.005∼6μA/㎠의 미소량의 범위로 제한하는 것이 가능하다. 그 결과, 상기 최외층(4)으로부터 미소 접점(17)을 통해서 용융 수지 시트(8)에 미소 전류(19)를 흘리고, 미소 접점(17)에서의 접촉 저항(27)(미소 돌기의 저항을 포함함)에 있어서 급격한 전압 강하를 일으킬 수 있고, 미소 접점(17) 주위에 있는 미소 간극(18)에 이 전압 강하에 의한 전위차(31)를 인가할 수 있다. 그리고, 이 전위차(31)가 발생하고 있는 사이에는 최외층(4)과 상기 수지 시트(8) 사이의 미소 간극(18)을 통해서 대향하는 상기 최외층(4) 및 상기 시트(8)의 각각의 면(23, 22)에 서로 역극성이고 등량의 전하(20)를 유기시키고 축적시킬 수 있다. 일반적으로, 최외층(4)의 저항(28)이 높을수록, 또한 정전 용량(26)이 클수록 대전된 정전하의 산일은 억제되고, 대전의 완화 시간은 길어진다. 최외층(4)의 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝의 범위로 적절히 높고, 또한 미소 간극(18)의 거리(34)가 극히 작은 것이 정전 용량(26)을 크게 하고 있다. 이들 효과에 의해, 최외층(4)의 표면의 정전하의 방전과 산일이 억제되어서, 전위차(31)가 인가되면 미소 간극(18)에의 전하(20)의 대전이 가능해지고 있다. 즉, 최외층(4)의 체적 고유 저항치가 10⁷Ω㎝ 미만, 더욱 바람직하게는 10⁸Ω㎝ 미만일 경우에는, 미소 전류(19)가 지나치게 커져서, 상기 최외층(4)의 표면의 전하는 미소 접점(17)으로부터 용융 수지 시트(8)로 즉각 리크되고, 전하의 축적이 부족해서 JR력이 작용하지 않게 된다. 또한, 최외층(4)의 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝를 초과하는 경우, 바람직하게는 10¹²Ω㎝를 초과하는 경우에는 최외층(4)으로부터 미소 접점(17)을 통해서 용융 수지 시트(8)로 미소 전류(19)가 흐르지 않게 되므로, 미소 간극(18)에 서로 역극성의 전하(20)를 유기·축적시키기 위해서 필요한 전위차(31)가 얻어지지 않게 되어 JR력은 발생하지 않는다. 또한, 최외층(4)의 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝를 초과하는 고절연체의 경우에는, 미소 전류(19)는 리크 전류 정도가 되어 무시할 수 있을 때까지 작아진다. 이러한 경우에는, 최외층(4) 내에 정전 분극이 발생하고, 그것에 의해 커패시터(29)(C_bulk)에 정전하가 축적한다. 상기 정전하는 최외층(4)의 두께(35)(d_c)를 사이에 두고, 내부 전극층(3)과 용융 수지 시트(8)가 서로 맞당기는 쿨롱력이라고 불리는 정전력을 발생시킨다. 용융 수지 시트(8)와 내부 전극층(3) 사이의 쿨롱력, 즉 커패시터(29)의 정전력에 의한 밀착력은 상술한 식(1)으로 나타내어진다. 그러나, 최외층(4)의 두께(35)(d_c≒250㎛)는 미소 간극(18)의 거리(34)(d_gap<0.3㎛)와 비교해서 대략 1000배의 크기이므로, 이 경우의 쿨롱력은 JR력과 비교하면 무시할 수 있을 정도로 약하다. 다만, 쿨롱력의 경우에는 미약하기는 하지만, 용융 수지 시트(8)와 최외층(4)이 접촉 상태가 아니어도, 원격력으로서의 흡인력은 작용한다.

구금(7)으로부터 압출된 용융 수지 시트(8)가 연속 회전 상태에 있는 냉각롤(1) 표면에 최초에 접촉해서 밀착이 형성되면, 그 이후에는 최외층(4)과 용융 수지 시트(8)의 기존의 접촉 영역을 통해서, 용융 수지 시트(8)에는 미소 전류(19)가 항상 계속해서 흐른다. 또한, 냉각 고화한 수지 시트(12)가 박리된 뒤의 최외층(4)의 표면 부분도 내부 전극층(3)으로부터 공급된 전하에 의해 내부 전극층(3)과 동 극성의 전위가 유지되므로, 그 후 상기 표면 부분에 재차 새로운 용융 수지 시트(8)가 접촉하면, 상기 표면 부분으로부터 용융 수지 시트(8)로 즉각 미소 전류가 흘러서 JR력이 작용하여, 용융 수지 시트(8)는 상기 표면 부분에 즉시 밀착한다. 이것에 의해, 구금(7)으로부터 연속해서 압출되어 오는 용융 수지 시트(8)는 회전 이동하는 냉각롤(1)의 표면에 지연되지 않고 동기해서 밀착하고 연속 이송하는 것이 가능하게 된다. 최외층(4)의 체적 고유 저항치 10⁷∼10¹³Ω㎝는 정전기의 대전이 일어나기 쉬운 저항치이면서, 전압이 인가되면 전하(전류)의 이동이 가능한 저항치이기도 하다. 따라서, 수지 시트(12)의 박리 대전에 의해 최외층(4)의 표면에 잔류한 역전하는 내부 전극층(3)에 전압이 인가되어 있는 한, 내부 전극층(3)으로부터 이동해 온 전하(전류)에 의해 신속하게 소멸한다. 이 때문에, 수지 시트(12)를 박리한 후의 최외층(4)의 표면을 제전할 필요는 없고, 계속해서 즉시 다음의 용융 수지 시트(8)를 최외층(4)의 표면에 밀착시키는 것이 가능해진다. 이렇게 하여, 수지 시트의 연속 밀착과 연속 박리가 가능해진다. 또한, 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 불꽃 방전이나, 연면 방전에 따른 전류 집중을 억제할 수 있는 정도로는 충분히 높으므로, 용융 수지 시트(8)가 최외층(4)에 접촉할 때의 불꽃 방전 및 연면 방전은 방지된다.

상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8) 사이의 미소 간극(18)의 거리(34)(d_gap)는 0.01∼0.30㎛, 더욱이는 0.03∼0.20㎛인 것이 좋다. 상기 미소 간극(18)의 거리(34)가 0.01㎛ 미만, 더욱이는 0.03㎛ 미만이면, 최외층(4)의 미소 접점(17)에 있어서의 접촉 면적의 증가 및 돌기 높이의 감소로 접촉 저항(27)이 작아져서 전위차(31)가 저하한다. 또한, 커패시터(20)를 구성하는 미소 간극(18)의 점유 면적도 감소하므로, 전하가 대전 가능한 면적이 감소하게 되므로, 밀착력이 더욱 부족하게 된다. 또한, 상기 미소 간극(18)의 거리(34)가 0.30㎛, 더욱이는 0.20㎛를 초과하면, 미소 간극(18)의 거리(34)가 커지는 효과에 의해 JR력이 감소하는 것에 추가해서, 최외층(4) 표면의 표면 거칠기, 즉 미소 돌기(17) 및 미소 간극(18)의 형상이 용융 수지 시트(8)의 표면에 전사되어, 수지 시트(12)의 외관 품질이 저하한다. 이들 미소 간극(18)의 거리(34)는 직접 측정하는 것이 어려우므로, 본 발명에서는 식(3)을 사용한 밀착력(P)의 계산에서는 d_gap을 롤 최외층 표면의 평균 표면 거칠기(Ra)로 대체한다. 식(3)의 보정 계수(α)는 미소 간극(18)의 거리(34)와 평균 표면 거칠기(Ra) 간의 보정량도 고려해서 설정된다.

미소 간극(18)의 거리(34)와 Ra가 좁은 범위이고, 예를 들면 근사적으로 비례 관계에 있다고 간주하면, 그 보정 계수(α)를 설정할 수 있지만, 그 외에도 아직 잘 알려져 있지 않은 영향 인자가 있어서, 단순히 식(3)으로 JR력을 계산하는 것은 어렵다. 각각 미세 요철 구조를 갖는 2개의 표면 간의 접촉 계면에 있어서의 미소 간극의 실질 거리(34)와 실질 접촉 면적률의 정의, 더욱이는 인가전압(33)의 분압인 접촉 계면부의 전위차(31)나 접촉 저항(27)도 측정이 어렵고, 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항의 영향이나 서브미크론의 근거리에 있어서의 전기적 현상도 아직 잘 해명되어 있지 않은 부분이 있다. 약간 개략적인 근사이기는 하지만, 모든 영향에 의한 보정 계수를 합쳐서 α라고 했다. 거리(34)(d_gap)를 단순하게 표면 거칠기(Ra)와 같다고 했을 경우의 식(3)에 의한 JR력의 계산치와 후술의 몇 개의 종류의 대체 필름에 의한 JR력의 실측치의 비교에 의하면, α는 0.005보다 작은 값이지만, 식(3)에 있어서의 d_gap, 즉 미소 간극의 거리(34)가 서브미크론으로 극히 접근하여 있는 것의 효과에 의해 JR력은 쿨롱력보다 훨씬 강해진다.

한편, 쿨롱력에서는 실질 표면적과 겉보기 면적의 차이가 정전 용량에 영향을 미칠 뿐이고, 실측정치는 계산치보다 20∼50% 커지는 정도이다. 따라서, 쿨롱력에 의한 밀착력은 인가전압과 거리(d_c)의 관계를 나타내는 식(1)으로부터 비교적 정밀도 좋게 계산하는 것이 가능하다.

JR력에 의해 유동성의 용융 수지 시트(8)를 최외층(4)의 표면에 밀착시키기 위해서는, 최외층(4)의 표면의 미크로 레벨의 요철을 구성하는 곡부가 용융 수지로 메워지지 않고, 미소 접점(17)과 미소 간극(18)(도 3, 4 참조)이 형성될 필요가 있고, 그것을 위해서는 최외층(4) 표면의 온도를 용융 수지 시트(8)의 급속 냉각이 가능한 25∼100℃, 바람직하게는 25∼70℃로 유지될 필요가 있다.

용융 상태의 열가소성 수지는 점탄성의 특성을 갖고 있고, 그 변형 특성은 온도와 가압력 더욱이는 변형 속도에 의존한다. 용융 수지의 온도가 높은 경우에는 점도가 내려가서 유동성이 보다 높아지지만, 탄성적 특성은 저하한다. 반대로, 용융 수지의 온도가 내려가면 점도가 상승해서 유동성은 저하하고 탄성적 특성은 높아진다.

융점보다 수십도 높은 온도까지 가열되어, 유동성이 높은 상태에서 구금으로부터 압출된 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 표면에 도달할 때까지 공기 중을 15∼50mm 이동한다. 그 이동 중에 공기에 의한 냉각에 의해, 용융 수지 시트(8)의 최표면에는 수지 시트 내부보다 온도가 낮은 스킨층이 형성되어 있다. 이 스킨층은 용융 수지 시트(8)의 내부보다 점도가 높고, 또한 탄성적 특성도 높다. 그리고, 용융 수지 시트(8)가 최외층(4)에 접촉하면, 상기 수지 시트(8)의 온도는 최외층(4)과의 접촉면측으로부터 급격하게 저하하기 시작하고, 온도의 저하와 함께 스킨층은 두꺼워지고 또한 그 유동성은 저하한다. 이 스킨층이 존재하기 때문에, 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 거시적인 형상에는 추종해도, 최외층(4)의 표면의 미크로 레벨의 요철의 곡부까지는 다 메울 수는 없다.

이와 같이, 스킨층의 형성과 성장에 의해, 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 표면에 양자의 접촉 계면에 미소 접점(17)과 미소 간극(18)이 형성된 상태에서 접촉한다. 그 후, 용융 수지 시트(8)가 냉각롤(1)의 최외층(4)의 표면 상에서 냉각 고화되는 과정에서도 상기 미소 접점(17)과 상기 미소 간극(18)이 소실되는 일은 없다. 이 때문에, 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)에 접촉한 직후로부터 냉각 고화될 때까지, JR력에 의해 냉각롤(1)의 최외층(4)의 표면에 계속해서 밀착된다. 미소 접점(17)과 미소 간극(18)이 형성되기 위해서는, 최외층(4)의 표면 온도의 관리가 중요해진다. 최외층(4)의 표면 온도가 100℃보다 높으면, 용융 수지 시트(8)가 최외층(4)의 표면에 접촉함과 동시에 스킨층의 유동성이 증가하고, 최외층(4)의 표면의 미세한 곡부가 수지로 메워져서 미소 간극(18)은 소멸하므로 바람직하지 않다.

본 발명의 냉각롤(1)의 최외층(4)은 25∼100℃에서의 체적 고유 저항치가 10⁷Ω∼10¹³Ω㎝의 범위이며, 더욱이 상기 최외층(4)은 온도 상승에 의한 체적 고유 저항치의 변화가 적은 실질적으로 비감온성의 세라믹스계 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 체적 고유 저항치를 갖는 최외층(4)은 바람직하게는 산화물계 세라믹스계 재료로 구성된다. 일반적으로, 대부분의 산화물계 세라믹스계 재료의 저항의 온도 계수는 부이며, 승온에 의해 체적 고유 저항치는 저하한다. 25℃의 온도에서의 체적 고유 저항치(R25)에 대한 100℃의 온도에서의 체적 고유 저항치(R100)의 비율(R100/R25)은 감온성인 나일론 6 수지는 10^-6이고, NTC 서미스터는 0.1 이하이고, 대표적인 산화물계 세라믹스인 산화알루미늄은 0.9∼1.0이다. 본 발명의 최외층(4)의 경우에는 R100/R25가 0.1∼1. 0인 것이 바람직하다. 냉각롤의 최외층(4)에 접촉하기 직전까지는 200∼300℃ 정도의 고온 상태에 있는 용융 수지 시트(8)는 상기 최외층(4)에 밀착한 직후에 급랭 고화하고, 또한 냉각되면서 보다 온도를 내려서 박리롤(16)의 위치까지 이동한다. 그 사이, 최외층(4)의 최표층의 온도는 순간적으로 상승한 후, 냉각롤 내부의 냉매의 냉각 효과에 의해 즉시 저하한다. 최외층(4)의 최표층의 이러한 온도의 변화는 일반적인 금속이나 세라믹스 재료에서는 크게 어림잡아도 100℃ 이내라고 간주할 수 있지만, 이 온도 변화에 맞춰서 최외층(4)의 최표층의 체적 고유 저항치도 변동한다. 상기 최외층(4)의 최표층의 체적 고유 저항치의 변동은 식(2)에 의한 미소 전류(19)의 변동, 더욱이는 식(4)에 나타내어져 있는 바와 같이 전위차(31)(V_gap)가 변동하게 되어, JR력에 의한 용융 수지 시트(8)의 밀착력(P)(식(3))에 영향을 미친다. 밀착 개시 직후의 그 약간의 시간에 있어서의 용융 수지 시트(8)의 밀착력의 급격한 변동은 얻어진 열가소성 수지 시트(12)의 표면 조도 불균일, 결정화 불균일, 투명성, 주름 등의 표면 특성을 열화시키는 경우가 있어서, 온도 상승에 의한 상기 최외층(4)의 고유 저항치의 변화는 적을수록 좋다.

일반적으로 상기 용융 수지 시트(8)의 냉각롤에의 접촉 직전의 온도는 거의가 200℃ 이상이기 때문에, 상기 용융 수지 시트의 JR력에 의한 정전 밀착은 공기 중의 습도의 영향을 받기 어려워서, 60∼70RH%의 습도 환경에서도 문제없이 정전 밀착이 가능하다. 그러나, 용융 수지 시트가 십수 ㎛ 이하로 얇아서 열용량이 적을 경우나 시트 속도가 100/min 이상으로 빨라서 수반 공기류가 많은 경우 등은 최외층(4)의 표면은 분위기 습도의 영향을 받아서 수분을 흡착할 가능성이 있다. 수분을 흡착하면, 최외층(4)의 표면 저항은 저하하므로, 분위기 습도가 상승하면 상기 미소 간극(18)으로의 대전량이 급격하게 감소하는 경우가 있다. 보다 안정한 JR력에 의한 정전 밀착력을 얻기 위해서는, 상기 용융 수지 시트(8)가 상기 냉각롤(1)에 착지하는 지점을 포함하는 공간의 분위기 습도는 40RH% 이하, 더욱이는 35RH% 이하인 것이 바람직하다.

용융 수지 시트(8)가 JR력에 의해 최외층(4) 표면에 밀착하는 조건을 정리하면, 하기와 같이 된다.

(1) 피흡착체인 용융 수지 시트(8)는 체적 고유 저항이 10⁹Ω㎝ 이하인 반도전성 또는 도전성의 상태이며, 어스 접속된 구금(7)을 통해서 어스(10)에 접속되어 있고, 또한 최외층(4) 표면에 접촉하고 있다.

(2) 전원(9)의 일방의 극은 어스(10)에 접속됨과 아울러, 어스 접속된 구금(7)을 통해서 구금(7)으로부터 연속적으로 압출되어 오는 용융 수지 시트(8)에 전기 회로적으로 접속되어 있다.

(3) 상기 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 10⁷∼10¹³Ω㎝의 범위이다.

(4) 도전성 내부 전극층(3)은 최외층(4)과는 간극이 없도록 접촉하고 있고, 또한 전압(33)이 인가될 수 있도록 전원(9)과의 접속 배선이 이루어져 있지만, 내부 전극층(3)은 절연층(2)에 의해 어스(10) 및 냉각롤의 심금(36)으로부터 완전히 절연되어 있다.

(5) 최외층(4)의 표면은 시트 외관 품질에 영향을 미치지 않을 정도로 미세한 표면 거칠기로 되어 있지만, 피흡착체인 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 표면과는 표면 거칠기의 산부의 정점인 미소 접점(17)에서만 실질적으로 접촉하고 있어서, 표면 거칠기의 곡부에서는 용융 수지 시트(8)와 최외층(4)의 사이는 이간되어 있고 미소 간극(18)이 형성되어 있다. 용융 수지 시트(8)는 유동성이 높은 상태로 있지만, 그 표면에는 공기에 의한 냉각 작용으로 생긴 점도와 탄성 특성이 높은 스킨층이 있고, 그것을 통해서 최외층(4)의 표면에 접촉하므로, 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 표면의 미세한 곡부의 전부를 메우지 않아서, 접촉 계면부에 있어서 미소 접점(17)과 미소 간극(18)의 형성이 가능하다.

(6) 내부 전극층(3)에 전압(33)을 인가하면 미소 전류(19)가 미소 접점(17)으로부터 용융 수지 시트(8)를 통해서 구금(7), 더욱이는 어스(10)로 흘러가는 것이 가능한 전기 회로가 형성되어 있다.

(7) 미소 접점(17)에서 접촉하고 있는 최외층(4)과 용융 수지 시트(8) 사이의 접촉 저항(27)을 미소 전류(19)가 흐를 때의 전압 드롭, 즉 전위차(31)가 곡부에 상당하는 미소 간극(18)을 사이에 두고 발생하고 있다.

(8) 접촉 계면에서는 최외층(4)과 용융 수지 시트(8)가 마주보는 각각의 표면에 끼워진 무수한 미소 간극(18)은 커패시터(26)를 형성하고 있고, 그 양 표면에는 전압 드롭에 의해 생성한 전위(31)가 인가되어 있고, 미소 간극(18)을 사이에 두고 양 표면에는 그 커패시터(26)에 상당하는 서로 역극성의 등량 전하(20)가 유전되어 대전된다.

(1)∼(8)의 조건에 있어서, 최외층(4)과 용융 수지 시트(8) 사이에는 JR력이 발생한다. 이때, 피흡착체인 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 도전체처럼 낮을 경우에서도, JR력에 의해 용융 수지 시트(8)를 최외층(4)의 표면에 밀착시키는 것이 가능하다. 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 10⁷∼10¹³Ω㎝로 높으므로, 미소 간극에 면하는 최외층(4)의 표면 전하는 동작이 느리게 완화되기 어렵다. 이것이 미소 간극에 면하는 최외층(4)의 표면측의 전하가 미소 돌기 및 미소 접점을 경유해서 용융 수지 시트(8)로 흘러가는 것을 억제하여, 최외층(4) 표면의 대전을 가능하게 하고 있다. 최외층(4)의 표면이 대전되면, 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 도전체처럼 낮아도, 용융 수지 시트(8)의 미소 간극(18)측의 표면에는 최외층(4)과는 역극성의 전하가 정전 유도 또는 유전 분극되어 대전되는 것이 가능하다. 이 때문에, 피흡착체인 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 도전체처럼 낮은 경우에도, 미소 간극(18)을 사이에 두고 대향하는 최외층(4)과 용융 수지 시트(8) 사이에 커패시터(26)가 형성되므로, JR력을 발생하는 것이 가능해진다.

JR력, 즉 미소 간극(18)의 양측에 있는 정역등량의 전하 간의 정전력은 도 4의 등가 회로에 있어서, 미소 간극(18)의 정전 용량과 미소 간극(18)에 인가된 전위차(31)(V_gap)로부터 산출된 식(3)으로 나타내어진다. 식(3)으로부터, JR력의 강도는 최외층(4)의 두께(35)와는 관계가 없고, 미소 전류(19)에 의해 발생한 전위차(31)와 미소 간극(18)의 거리(34)(d_gap)만으로 결정되는 것을 알 수 있다. 여기에서, 전위차(31)는 인가전압(33)(V₀)의 간극(18) 사이에의 분압이라고 간주된다. 즉, 이 식으로부터 JR력은 전위차(31)와 거리(34)의 제곱비(V_gap/d_gap)²에 비례하고, 역극성의 전하 사이, 즉 미소 간극의 거리(34)가 최외층(4)의 표면 거칠기와 동정도로 작아서 극히 접근하여 있는 효과에 의해, 낮은 인가전압에 의해 큰 밀착력을 얻는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

JR력식과 쿨롱력식에 의한 정전 밀착의 큰 차이는 다음의 3개이다. (1) JR력이 작용하기 위해서는 용융 수지 시트(8)와 최외층 표면(4)의 접촉이 있고, 반드시 미소 전류가 계속적으로 흐른다. 쿨롱력식에서는 접촉해도 접촉하지 않더라도 미약한 힘은 작용하지만, 실질의 전류는 흐르지 않는다. (2) JR력식에서는 밀착력의 강도는 최외층(4)의 두께와는 관계가 없고, 최외층(4)이 두꺼워도 강한 밀착력이 얻어진다. 쿨롱력식은 최외층(4)의 두께가 증가하면 급격히 밀착력이 저하한다. (3) JR력식은 낮은 인가전압으로도 쿨롱력식을 훨씬 능가하는 강한 밀착력이 얻어진다.

본 발명에 있어서의 JR력은 용융 수지 시트(8)와 최외층(4)의 각 미소 접점(17)을 미소 전류(19)가 흐를 때에 이 미소 접점(17)의 저항에 의해 발생하는 전압 드롭(전위차(31))에 의해 발생한다. 이 미소 전류(19)는 내부 전극층(3)에의 인가전압(33)(V₀)과, 최외층(4)의 저항(28)(R_bulk), 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1) 표면의 접촉 저항(27)(R_gap), 용융 수지 시트(8)의 저항(25)(R_sheet)의 총합계에 의해 결정된다. 용융 수지 시트(8)의 저항(25)은 냉각롤(1) 상에서 용융 수지 시트(8)가 냉각 고화되고, 또한 그 온도가 저하함에 따라서 급상승하기 때문에, 미소 전류(19)는 급격히 감소한다. 그러나, 각 미소 접점(17)을 흐르는 미소 전류(19)의 변화를 정확하게 파악하는 것은 어렵다. 그래서, 본 발명에서는 직류 전원(9)으로부터 냉각롤(1), 용융 수지 시트(8), 구금(7)을 순차적으로 통해서 어스(10)로 흐르는 총전류를 냉각롤(1)과 수지 시트(8, 12)가 접촉하는 전체 면적으로 나눈 전류 밀도[A/㎠]에 착안한다. 본 발명에서는 상기 내부 전극층(3)에 인가하는 직류 전압(33)이 0.3∼6kV의 범위에 있어서 적정한 전류 밀도는 0.005∼6μA/㎠이다.

도 9에, JR력으로 PET 및 나일론 6의 용융 수지 시트를 흡착하고 있을 때의 전류 밀도와 인가전압(33)의 관계를 측정한 그래프를 나타낸다. 후술의 실시예 1, 2 및 4에서 사전에 예비실험을 행하고, 도 1의 고전압 직류 전원(9)에 부속되어 있는 최소 측정 정밀도가 0.01mA인 전류계(37)로 각 인가전압에 있어서의 총 전류치를 측정했다. 측정한 전류치를 도 1의 냉각롤(1)과 수지 시트(8, 12)의 전체 접촉 면적으로 나눈 값을 전류 밀도로 하고 있다. 전류 밀도와 인가전압의 관계는 단순한 옴의 법칙에 의한 직선 관계는 아니지만, 2∼4kV 사이의 좁은 범위에서는 거의 직선 관계라고 간주된다. JR력이 발생하기 위해서는 내부 전극층(3)으로부터 최외층(4)을 통해서 용융 수지 시트(8)로 전류가 흐를 필요가 있다. 한편, 쿨롱력이 발생하기 위해서는 최외층(4)은 절연성 재료로 구성되고, 상기 전류는 흐르지 않는 것이 필요하다. 최외층(4)에 전류가 흐르지 않을 때에는 내부 전극층(3)과 용융 수지 시트(8) 사이에서 커패시터가 형성된다(식(1) 참조). 따라서, 인가전압과 전류 밀도의 관계를 조사함으로써, 냉각롤(1)과 용융 수지 시트(8) 사이에 JR력이 발생하여 있는지의 여부를 판단하는 것이 가능하다. 또한, 식(3)과 식(4)으로부터 나타내어져 있는 바와 같이 JR력의 강도는 이 전류 밀도의 2승에 비례한다. 후술의 도 8에 나타낸 대체 필름을 사용한 JR력에 의한 밀착력의 측정치를 사용하여, 인가전압 및 이 전류 밀도로부터 제막 중에 있어서의 용융 수지 시트(8)의 평균적인 밀착력을 추측할 수 있다.

구금(7)으로부터 용융 압출된 용융 수지 시트(8)가 상기 냉각롤(1)에 접촉하기 전의 상기 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치는 10⁹Ω㎝ 이하이며, 또한 상기 냉각롤(1)로부터 박리되는 시점에서의 상기 수지 시트(12)의 체적 고유 저항치는 10¹⁰Ω㎝ 이상이 되는 것이 중요하다. 냉각롤(1)에 밀착하기 직전의 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치는 10⁹Ω㎝ 이하가 아니면 미소 전류가 부족하여 JR력이 작용하지 않으므로, 용융 수지 시트(8)를 상기 냉각롤(1)에 밀착시킬 수 없다. 상기 용융 수지 시트(8)는 상기 냉각롤(1)에 밀착한 후, 냉각롤(1)로의 열전달에 의해 그 온도는 급격히 내려가고, 그 체적 고유 저항치는 급격히 상승해간다. 상기 수지 시트(12)의 체적 고유 저항치가 10¹⁰Ω㎝ 이상이 되면, 미소 전류(19)는 무시할 수 있을 때까지 감소하여, 전위차(31)는 상대적으로 무시할 수 있는 정도로까지 저하한다. 미소 간극(18)을 통해서 발생하는 전하(20)(도 3 참조)는 체적 고유 저항치가 높은 수지 시트(12)로부터 체적 고유 저항치가 낮은 용융 수지 시트(8)로 이동한다. 이 때문에, 구금(7)으로부터 연속적으로 압출되는 용융 수지 시트(8)를 JR력에 의해 냉각롤(1)에 강하게 밀착시키면서, 동시에 박리롤(16)에 의해 수지 시트(12)를 냉각롤(1)로부터 용이하게 박리하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 전압(33)을 인가한 상태에서, 피흡착체인 용융 수지 시트(8)가 냉각롤(1) 상에서 냉각 고화되고, 더 냉각되어서 수지 시트(12)로 변화되고, 이 사이에 체적 고유 저항치가 용융 상태인 10⁹Ω㎝ 이하로부터 고화해서 저온 상태인 10¹⁰Ω㎝ 이상으로 연속적으로 증가해가는 것이 중요하다.

또한, 상기 냉각롤(1)로부터 박리 후에 얻어진 수지 시트(12)는 전혀 대전되어 있지 않은 수지 시트이고 먼지 등이 부착되지 않아서 취급성도 우수한 것이며, 그 표면은 고품위의 품질이나 특성을 갖고 있다고 하는 큰 효과를 얻을 수 있다. 여기에서, 냉각롤(1)로부터 수지 시트(12)를 박리할 때에는, 수지 시트(12)의 표면에 경미한 박리 대전은 생기지만, 종래의 정전 피닝법에 있어서의 고전압을 인가한 피닝 전극에 의한 공간 전하의 주입에 의한 것과 같은 강한 내부 대전 상태는 아니다. 이러한 경미한 표면 대전은 접지된 박리롤(16)이나 그 다음의 가이드롤(비표시)의 금속 표면을 통과함으로써 완전히 제거되므로, 얻어진 수지 시트(12)는 대전되어 있지 않은 것이다. 대전되어 있는지의 여부는 수지 시트의 정전 전위의 측정으로 판단하지만, 간이적으로는 담뱃재 위에 상기 수지 시트(12)를 덮어 가렸을 때, 담뱃재가 상기 수지 시트(12) 표면에 부착되는지의 여부로 판정 가능하고, 대전되어 있지 않다란, 이 담뱃재가 전혀 부착되지 않은 것이다.

또한, 본 발명에서 냉각 고화된 수지 시트(12)를 냉각롤(1) 표면으로부터 박리하고, 그대로 제품으로 해도 좋지만, 1축 및/또는 2축으로 연신 처리, 열고정 처리, 에이징 처리 등에 제공함으로써 특성을 향항상켜도 좋다. 상기 2축 연신의 경우, 동시 2축 연신 방식이 품질의 점에서 바람직하지만, 물론 축차 2축 연신이어도 좋다.

JR력을 활용한 흡착체의 예로서, 반도체 제조 장치에서의 원반 형상의 실리콘 웨이퍼나, 액정 제조 장치에 있어서의 액정 표시 장치용 유리 기판(정전 흡착용 도전성 피막이 형성되어 있음)의 흡착 고정에 사용되는 스테이지형의 정전척법이 있다. 상기 정전척법에서의 피흡착체(제품)는 판 형상이며, 그 처리는 피흡착체를 1장 1장의 단위로 행하는 매엽식이고, 각각의 피흡착체를 밀착 고정하기 위해서는 내부 전극에 전압을 인가하고 나서 흡착이 안정될 때까지 수초 정도의 시간이 필요하다. 또한, 처리를 끝낸 피흡착체를 정전척으로부터 박리하기 위해서는 일단 내부 전극으로의 전압 공급을 정지하고, 내부 전극과 피흡착체를 접지하고, 피흡착체와 정전척의 흡착면(세라믹스 표면) 사이에 축적한 서로 역극성의 전하의 완전한 제거가 필요하다. 그러나, 그것에는 역시 수초 이상 걸리기 때문에, 즉각 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 피흡착체를 이탈시킬 수는 없다.

JR력식 정전척은 절연성 기재의 흡착은 불가능하고, 도전성으로부터 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 정도인 피흡착체에 사용되고 있다. JR력식 정전척은 접촉 계면부의 미소 간극으로의 미소 전류의 공급에 의한 대전을 활용하기 때문에, 절연층의 정전 용량을 활용한 쿨롱력식이라고 불리는 다른 타입의 정전척보다, 전하의 축적량이 많고, 전하 간의 거리도 미소 간극 정도이기 때문에, 훨씬 강한 흡착력이 얻어진다. 그러나, 그 반면, 전압 인가를 개시한 후의 접촉 계면부의 미소 간극에의 전하의 축적 속도와, 전압 인가를 차단한 후의 접촉 계면부에 축적한 서로 역극성의 전하의 완화 속도가 느려서, 흡착력의 발생과 해제에, 특히 흡착력의 해제에는 시간이 걸리는 것이 결점으로 된다.

한편, 본 발명도 JR력을 원리로 하는 정전흡착 방식의 냉각롤(1)을 사용하고 있지만, 본 발명에서는 용융 압출 장치에서의 가열 용융에 의해 유동화하고, 또한 체적 고유 저항치가 JR력에 의한 밀착에 적합한 10⁹Ω㎝ 이하의 상태로까지 저하한 열가소성 용융 수지를 구금(7)으로부터 압출하여 성형한 용융 수지 시트(8)가 피흡착체가 된다. 내부 전극층(3)에 전압(33)을 항상 인가한 상태에 있어서, 구금(7)으로부터 열가소 상태 그대로 연속적으로 압출되어 오는 용융 수지 시트(8)를 압출 속도에 동기하면서 냉각롤(1)의 표면에 JR력으로 밀착시키는 것이 가능하다. 용융 수지 시트(8)가 냉각롤(1)의 최외층(4)의 표면에 접촉하고, 최외층(4)의 표면 사이에서 JR력에 의한 밀착이 형성된 이후는 구금(7)으로부터 연속적으로 압출되어 오는 용융 수지 시트(8)에는 내부 전극층(3)으로부터 구금(7)을 향해서 항상 미소 전류(19)가 흐르고 있는 상태가 된다. 그리고, 최외층(4)의 표면도 박리 대전의 영향을 받지 않고, 항상 내부 전극층(3)과 동 극의 전위로 대전된 상태로 되어 있으므로, 상기 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 표면에 접촉함과 동시에 밀착하는 것이 가능해진다. 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)의 표면에 밀착된 채 고속 회전 이송되면서 냉각 고화되고, 박리롤(16)의 위치에 도달할 때까지 그 온도는 내려가서, 체적 고유 저항치가 10¹⁰Ω㎝ 이상으로 높아진 수지 시트(12)로 변화된다. 이 때문에, 내부 전극층(3)에 전압을 인가한 채 수지 시트(12)를 냉각롤(1)의 표면으로부터 무리없이 연속적으로 박리가 가능하다. 수지 시트의 밀착 공정 및 박리 공정과도 불꽃 방전에 의한 트러블이 없고, 또한 박리 후의 수지 시트(12)에는 내부 대전이 없다.

이들 특징을 활용함으로써, 구금으로부터 압출되어 오는 유동성의 열가소성용융 수지 시트를 냉각롤 표면에 밀착시키고, 냉각 고화해서 수지 시트를 제조하는 롤투롤 제막 장치에 있어서, JR력에 의한 정전 밀착이 가능한 냉각롤(1)을 사용하는 것이 가능하게 되었다.

물론 이 JR력 단독으로 용융 수지 시트(8)를 냉각롤(1)에 밀착시켜도 좋지만, 더욱 밀착력을 향항상키기 위해서, 도 5에 나타내어져 있는 바와 같이, 피닝 전극(13)을 사용한 정전 피닝법을 병용할 수 있다. 피닝 전극(13)은 용융 수지 시트(8)의 폭방향을 따라 그 냉각롤(1)의 표면과의 접촉면과는 반대의 에어면측에 용융 수지 시트(8)로부터 이간되어 설치된다. 역전극용 전원(14)은 피닝용 배선(15)을 통해서, 직류 전원(9)이 내부 전극층(3)에 인가하는 전압과는 역극성의 직류 전압을 피닝 전극(13)에 인가한다. 이것에 의해 최외층(4)의 표면에 대전되는 전하와는 역극성의 전하(역전하)가 상기 용융 수지 시트(8)의 상기 냉각롤(1)의 표면에 밀착하는 면과는 반대의 면에 인가된다. 전원(14)이 인가하는 직류 전압은 통상의 정전 피닝법보다는 낮고, 5∼8kV 정도이다. 이 피닝 전극(13)을 사용한 정전 피닝법은 용융 상태에서의 체적 고유 저항치가 피닝에 의한 대전이 가능한 10⁶∼10⁹Ω㎝의 열가소성 수지 시트의 제조에 적합하다. 또한, 상기 피닝 전극(13)은 용융 수지 시트(8)로부터 모노머나 올리고머 등의 승화물로 오염되기 쉬우므로, 항상 청정한 와이어 표면이 공급 가능하도록 권출·권취가 가능한 와이어 전극이나 테이프 형상 전극 등의 형상이 바람직하다. 또한, 와이어 형상 전극의 지름은 φ0.03∼1.5mm 정도의 것이 바람직하다. 물론, 필요에 따라서, 피닝 전극(13) 중 시트(8)에 대응하는 부분보다 외측 부분이나 어시스트가 필요하지 않는 부분을 절연용 테플론(등록상표) 튜브 등으로 마스킹해도 좋다. 피닝 전극(13)의 재질로서는, 예를 들면 철, 니켈, 코발트 등을 주성분으로 하는 비정질 금속, 텅스텐, 스테인리스, 철, 알루미늄, 니켈, 동, 동 합금 등의 금속이 있지만, 레늄을 함유한 텅스텐 와이어가 인장 강도가 커서 바람직하다.

본 발명의 냉각롤(1)을 사용한 JR력에 의한 용융 수지 시트(8)의 밀착법은 비교적 낮은 전압 0.3∼6kV를 내부 전극에 인가함으로써, 종래의 정전 피닝법에 있어서의 쿨롱력보다 훨씬 강한 정전 밀착력을 얻을 수 있으므로, 안전과 보전성이 우수한 방법이다. 한편, 특허문헌 4∼8과 같은 종래부터 행해지고 있는 정전 피닝법에서는 피닝 전극에 의한 공간 방전에 의해 발생한 전하를 용융 수지 시트의 냉각롤과는 반대측의 면(에어면)에 부가해서 대전시킨다. 이 때문에, 제막 속도가 빠를수록, 즉 시트의 이동 속도가 빠를수록, 용융 수지 시트의 단위면적당 대전량이 감소해 가고 밀착력은 저하한다. 또한, 정전 피닝법의 밀착력의 원리는 용융 수지 시트에 대전된 전하와 그 전하에 의해 냉각롤 표면에 정전 유도 또는 분극 작용에 의해 발생한 전하 사이에서 작용하는 영상력이라고 불리는 쿨롱력이다. 그리고, 이 쿨롱력이 작용하는 거리는 시트 두께와 동일한 50∼200㎛ 정도, 또는 그 절반 정도이며, JR력이 작용하는 미소 간극(34)의 거리 0.3㎛ 이하에 비해서 훨씬 크다. 따라서, 용융 수지 시트에 대전된 전하의 쿨롱력에 의한 밀착력은 JR력에 비해서 상당히 작아진다. 그 결과, 정전 피닝법에 있어서 본 발명의 JR력과 동일한 강한 밀착력을 얻기 위해서는 피닝 전극에의 인가전압을 10∼15kV로 매우 높은 위험한 레벨로까지 끌어올릴 필요가 있지만, 피닝 전극에의 인가전압을 높일수록, 용융 수지 시트나 냉각롤 표면에의 스파크 방전이 일어나기 쉬워져서, 수지 시트의 제품 결함이나 냉각롤 표면의 손상이 일어날 위험성이 증가한다. 또한, 도 5에 나타내어져 있는 바와 같이, 본 발명에서도 정전 피닝법을 병용하는 것은 가능하지만, 본 발명에서는 피닝 전극(13)에 인가하는 전압을 종래의 정전 피닝법에서의 일반적인 전압보다 훨씬 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 상술한 종래의 정전 피닝법에서의 문제는 본 발명에 적용되는 정전 피닝법에는 발생하지 않는다.

본 발명의 냉각롤(1)은 금속제의 심금(36)과, 상기 심금의 외주 전체 표면에 설치된 절연층(2)을 구비하고, 또한 상기 절연층(2) 상에 냉각롤의 원통면의 거의 전체면에 절개선 없이 펼쳐지는 단극식의 내부 전극층(3)을 구비하고, 또한 상기 내부 전극층(3) 상에 최외층(4)이 설치된 것이다. 상기 절연층(2), 상기 내부 전극층(3), 및 상기 최외층(4) 중 적어도 하나는 용사법에 의해 형성되어 있는 소재, 또는 무기질계 또는 유기질계 바인더로 이루어지는 코팅재를 도포해서 형성된 소재로 이루어진 것이다.

본 발명에서 말하는 용사란, 코팅 재료를 가열에 의해 용융 또는 연화시키고, 미립자 형상으로 해서 가속하여 피복 대상물 표면에 충돌시키고, 편평하게 부서진 입자를 응고·퇴적시킴으로써 피막을 형성하는 코팅 기술이다. 용사에도 다양한 방식이 있고, 사용하는 재료나 열원의 종류 등에 의해 분류되고 있다. 열원에 의해 연소 가스, 전기, 레이저, 기타로 나뉘고, 연소 가스를 열원으로 하는 방식에서는 프레임 용사, 고속 프레임 용사, 폭발 용사 등이 있고, 전기를 열원으로 하는 방식에서는 아크 용사, 플라즈마 용사, RF 플라즈마 용사, 전자 가속 플라즈마 용사, 수안정화 플라즈마 용사, 선폭 용사, 전열폭발 분체 용사 등이 있고, 레이저를 열원으로 하는 방식에서는 레이저 용사가 있고, 기타 방식으로서는 레이저 플라즈마 복합 용사, 콜드 스프레이 등이 있다.

본 발명의 경우에는, 하기의 이유에서 특히 대기 플라즈마 용사법과 수안정화 플라즈마 용사법이 적합하다. 그것은, (1) 세라믹스와 금속 재료에 관해서는 거의 모든 용사 피막이 형성 가능하고, (2) 그들 용사 피막의 강도, 밀착력, 표면의 평활성 등이 우수한 것, (3) 특히 세라믹스 피막의 절연 특성이나 내전압 특성이 안정하고, (4) 전기절연 분야용 각종 세라믹스계 용사 재료나 내부 전극용 Mo나 W 등의 고융점 금속계 재료가 각종으로 갖추어져 있는 것 등이다.

플라즈마 용사란, 직류 아크에 의해 가열된 가스를 노즐로부터 분사하고, 그 중에 재료를 송급함으로써 재료를 용융시키고, 기재에 블로잉하여 피막을 형성하는 방법이며, 일반적으로는 아르곤을 주 가스, 수소나 헬륨을 보조 가스로 한 혼합 가스를 작동 가스로 하고, 수랭된 노즐 형상의 동제 양극과 텅스텐제 음극을 사용한다. 전극의 사이에 아크를 발생시키면 작동 가스가 아크에 의해 플라즈마화되고, 노즐로부터 고온 고속의 플라즈마 제트가 되어서 분출된다. 이 플라즈마 제트에 용사 재료 분말을 투입하고 가열 가속해서 기재에 블로잉한다. 이 플라즈마 용사법에는 대기 플라즈마 용사, 감압 플라즈마 용사, 수안정화 플라즈마 용사 등이 있지만, 이들은 모두 (1) 용사 재료의 선택 범위가 넓고, (2) 소재 재질의 선택 범위가 넓고, (3) 피막 형성 속도가 높고, (4) 용사하는 소재 치수의 선택 범위가 넓고, (5) 대형 부품에의 시공이 가능하고, (6) 소재의 온도를 저온으로 유지해서 피막 형성을 할 수 있고, (7) 드라이 프로세스이며, 환경에의 부담이 작은 등의 특징을 가지므로, 어느 플라즈마 용사법도 본 발명의 경우에는 바람직한 방법이다.

수안정화 플라즈마 용사는 플라즈마 용사로 분류되어는 있지만, 작동 가스로는 냉각수로부터 증발한 수증기를 사용하고, 전극 구조 등도 다른 플라즈마법과 차이가 크다. 그 기구는 토치에 공급된 고압의 수류가 내부에서 원통 소용돌이 수류를 만드는 구조로 되고 있고, 이 상태에서 카본 음극과 금속제 회전 양극 사이에 전압을 걸어서 강제적으로 직류 아크를 발생시키면, 소용돌이 수류의 내측 표면의 물이 증발·분해 후에 플라즈마 상태가 되고, 연속적으로 플라즈마 아크가 발생한다. 이 플라즈마 아크는 선회하는 원통 수류에 의해 좁혀지고, 에너지 밀도를 높이면서, 플라즈마의 급격한 열팽창에 의해 고온·고속의 안정한 플라즈마 제트 불꽃을 노즐로부터 분사한다. 상기 플라즈마 제트 불꽃의 최대 온도는 약 3만℃에도 도달하므로, 고융점의 세라믹스에서도 용이하게 용사가 가능해진다. 이 수안정화 플라즈마 용사법의 특징은 이하와 같이 된다. (1) 단위시간당 용사 능력이 최대 50kg으로 매우 크고, (2) 용사 피막을 20mm 정도까지 두께를 두껍게 하는 것이 가능하고, (3) 시공 중 소재 온도를 200℃ 이하로 관리하는 것이 가능하고, (4) 대형 부재에 세라믹스계 재료를 대량으로 또한 두께를 두껍게 하는 용사를 하는데에 최적이다.

본 발명에서는 최외층(4)과 절연층(2)은 체적 고유 저항치 및 내전압을 확보할 수 있는 것이면, 폴리이미드 등의 유기질계 바인더, 또는 인산 알루미늄, 뮬유리계, 실리콘계 등의 무기질계 바인더와, 본 발명에 상응하는 체적 고유 저항치를 갖도록 배합된 세라믹스계 재료로 이루어지는 코트재를 도포해서 형성한 코팅층이어도 좋다.

또한, 용사 세라믹스계 재료를 사용하는 경우에는 절연층(2), 내부 전극층(3), 및 최외층(4) 중 적어도 1층은 봉공 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 용사한 채의 피막에는 용사 입자 간의 미세한 간극으로 이루어지는 서로 연결된 관통 기공이 용사 피막의 총 체적의 3∼10vol% 정도 포함되어 있다. 통상의 대기환경에서는 이 기공에는 습도를 포함한 공기나 액체가 침투해서 기공 내 면벽에 수분이 흡착되기 때문에, 용사 피막은 절연저항 및 내전압이 현저히 낮은 상태로 있다. 그 용사 세라믹스의 기공에 봉공제를 침투시켜서 기공을 메움으로써, 입자 간의 간극, 즉 관통 기공을 소멸시켜서, 내식성의 개선, 체적 고유 저항치의 균일화, 전기절연 성능, 파괴 전압의 향상, 열전도성의 향상, 내마모성의 향상, 입자 탈락을 방지해서 연마 후의 표면이 평활, 고정밀도로 되는 등, 우수한 특성을 갖는 세라믹스계 재료가 된다. 실제의 직경 2m 정도의 대형 냉각롤에서도 이 세라믹스계 재료를 용사한 후 봉공 처리 가공은 가능해서 실용적인 방법이다. 봉공 처리에 사용하는 소재로서는 저점도의 실리콘 올리고머(예를 들면 점도 8∼40mPｓ, 25℃)나, 저점도의 에폭시 수지(예를 들면 점도 80∼400mPs, 25℃), 폴리에스테르 수지, 무기 피막을 형성하는 리튬실리케이트 수용액, 무기계 졸을 형성하는 금속 알콕시드 등의 액상의 봉공 처리제를 용매에 의한 희석으로 저점도화해서 사용할 수 있지만, 본 발명의 경우, 저점도의 실리콘 올리고머 및 저점도 에폭시 수지가 우수한 함침 특성과 절연 성능 및 내전압 특성을 나타내므로 바람직하다. 또한, 상기 봉공 처리층의 두께 범위로서는 용사층 전층이 봉공되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 봉공제를 용사 피막의 기공에 침투시켜서 기공을 봉지한 뒤 가열 경화하여, 봉공제의 체적 고유 저항치나 내전압 특성을 안정화하는 것이 중요하다. 용사 피막의 기공의 밀봉을 확실히 행하지 않으면 절연층(2)도 최외층(4)도 그 본래의 체적 고유 저항치 및 내전압으로 조정할 수 없으므로, 상기 냉각롤로서는 성능을 내지 못한다.

봉공 처리 후의 상기 최외층(4)의 25∼100℃에서의 체적 고유 저항치는 10⁷∼10¹³Ω㎝이며, 바람직하게는 10⁸∼10¹²Ω㎝이고, 더욱 바람직하게는 10⁹∼10¹¹Ω㎝이다. 상기 체적 고유 저항치가 10⁷PΩ㎝ 미만으로 작으면, 내부 전극층(3)으로부터의 총 전류가 과대해지고, 또한 최외층(4)의 전하(20)는 용융 수지 시트(8)로 흘러버려 전하(20)의 축적이 일어나지 않아서, JR력이 작용하지 않으므로 좋지 않다. 더욱이, 과대 전류가 발생하면, 냉각롤(1)의 표면에 접촉하기 전의 용융 수지 시트(8)에 저항 가열에 의한 온도 상승이 발생하는 경우도 있으므로 바람직하지 않다. 한편, 상기 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝를 초과하면, 내부 전극층(3)으로부터의 전류(19)가 흐르지 않게 된다. 그 결과, 이 경우도 JR력이 작용하지 않게 된다. 즉, 이 범위 이외의 저항치이면, JR력이 작용하지 않아서, 용융 수지 시트(8)를 냉각롤(1)에 밀착시킬 수 없다.

또한, 상기 최외층(4)의 두께는 50㎛ 이상, 더욱이는 80∼500㎛인 것이 바람직하다. 식(3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, JR력의 강도는 최외층(4)의 두께와는 관계가 없고, 인가전압(33)의 분배 전압인 접촉 저항부의 전압 강하(31)와 미소 간극의 거리(34)만으로 결정되지만, 이 두께의 하한치는 최외층(4)에 내부 전극층(3)까지 관통하는 핀홀 등이 없는 것을 보증하기 위해서 필요한 하한 막두께이며, 용융 수지 시트(8)의 안정한 밀착력에 필요한 최소의 인가전압(33)에 대하여 내전압을 확보할 수 있는 막두께이다. 이 두께의 상한치는 냉각롤(1)의 냉각 성능을 고려해서 설정하고 있다. 보다 강한 JR력 강도를 얻기 위해서는 보다 높은 인가전압(33)이 필요해서, 최외층(4)의 두께를 늘려서 내전압을 늘릴 필요가 있지만, 용융 수지 시트(8)에 대한 냉각 성능이 저하하므로, 최외층(4)의 두께가 500㎛보다 증가하는 것은 바람직하지 않다.

본 발명의 냉각롤(1)의 최외층(4)의 표면 거칠기는 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.01∼0.3㎛이다. 0.01㎛ 미만이면, JR력에 필요한 미소 간극(18)이 얻어지지 않게 되어, JR력의 밀착력이 저하한다. 또한 0.01㎛ 미만의 평활면은 현실의 세라믹스층의 연마 기술로는 얻는 것이 곤란하다. 또한, 0.3㎛를 초과하면, 상기 최외층(4)의 거칠기가 용융 수지 시트(8)에 전사되므로 좋지 않다.

본 발명의 냉각롤의 최외층(4)은 세라믹스계 재료층이며, 용사에 의한 상기 세라믹스계 재료로서는 산화티탄, 산화크롬, 산화규소, 산화망간, 산화니켈 및 산화철에서 선택된 화합물을 함유하는 산화알루미늄계 또는 산화지르코늄계 또는 산화마그네슘계 세라믹스, 또는 산화티탄을 5∼17중량% 함유하는 산화알루미늄계 세라믹스이다. 또한, 유기질계 또는 무기질계 바인더를 사용한 질화알루미늄(AlN)계, 탄화 규소(SiC)계 또는 질화규소(Si₃N₄)계의 도포법에 의한 세라믹스계 재료가 사용 가능하다.

본 발명의 냉각롤(1)은 용융 수지 시트(8)를 냉각하기 위해서 사용하므로, 냉각 효율을 좋게 하기 위해서, 절연층(2), 내부 전극층(3), 최외층(4)의 모든 재료는 열전도율이 높은 것이 바람직하다. 본 발명의 최외층(4)의 재료로서 바람직한 것은 열전도율이 높고, 체적 고유 저항치를 10⁷∼10¹³Ω㎝로 조정 가능한 재료이고 취급성이 우수한 재료이다. 내부 전극층(2)과의 밀착성이나 치밀성, 체적 고유 저항치의 안정성, 취급성 등으로부터도 용사법에 의한 산화티탄을 5∼17중량%, 바람직하게는 7∼15중량% 함유한 산화알루미늄계의 세라믹스계 재료층이 가장 좋다. 또한, 같은 의미에서, 도포법에 의한 유기계 또는 무기계 바인더를 사용한 질화알루미늄(AlN)계의 세라믹스계 재료층도 바람직하다.

내부 전극층(3)의 재료는 텅스텐, 몰리브덴, 고성능 활성탄, 동, 은 등의 소성형 도전성 페이스트도 사용할 수 있지만, 플라즈마 용사법에 의한 텅스텐 또는 몰리브덴의 용사 재료가 열전도율이 높고, 또한 취급상도 바람직하고, 그 두께는 실용상 5∼50㎛가 좋다.

본 발명의 냉각롤(1)의 내부 전극층(3)은 최외층(4)에 대하여 내측에 인접하여 있고 간극 없이 최외층(4)에 접촉하고 있는 도전성 층이다. 내부 전극층(3)에는 전압(33)이 인가될 수 있도록 전원(9)과의 접속 배선이 이루어져 있지만, 내부 전극층(3)은 이것에 인접하는 절연층(2)에 의해 어스(10) 및 냉각롤(1) 본체의 심금(36)으로부터 완전히 절연되어 있다.

내부 전극층(3)에 직류 전압을 인가함으로써, 냉각롤(1)의 상기 최외층(4)의 표면을 대전시키고, 상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8)가 접촉하고 있는 미소 접점(17)에 미소 전류(19)가 흐름과 아울러, 상기 최외층(4)과 상기 용융 수지 시트(8) 사이의 미소 간극(18)을 통해서 대향하는 상기 최외층(4) 및 상기 용융 수지 시트(8)의 각각에 역극성의 전하(20)가 유기되고, 상기 역극성의 전하(20)에 기인하는 정전기력에 의해 상기 용융 수지 시트(8)를 상기 최외층(4)의 표면에 밀착시킨다. 용융 수지 시트(8)는 가역성의 상태이므로, 내부 전극층(3)에 절개선이나 탈락부가 있으면 그 부분에서는 밀착력이 발생하지 않아서, 얻어지는 수지 시트(12)에 절개선에 대응한 형상이 전사된다. 이 때문에, 상기 내부 전극층(3)은 용융 수지 시트(8)의 폭을 전부 커버할 수 있도록, 냉각롤(1)의 원통면 전체면에 균일하게 절개선 없이 펼쳐져 있을 필요가 있는다. 본 발명과 같이 피흡착체인 용융 수지 시트(8)가 어스 접속 상태에 있으면, 쌍극식 전극은 밀착력이 불안정해지기 쉽다. 또한, 쌍극식 전극에서는 목적에 따라서 볏날 형상이나 띠상태, 나선 형상 등 쌍으로 된 각종의 형상의 전극이 사용되지만, 이러한 전극 간의 간극이나 전극 형상은 무늬로서 수지 시트(12)에 전사되므로, 본 발명에서는 내부 전극층(3)에는 냉각롤의 원통면 전체면에 절개선 없이 펼쳐지는 단극식만을 사용한다. 또한, 용융 수지 시트(8)의 밀착 범위 외인 냉각롤(1)의 원통면의 양단 부분에는 내부 전극층(3)은 형성되어 있지 않아도 좋다.

JR력에 의한 흡착체에서는 피흡착체가 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 제품 수지 시트 등과 같이 강성 또는 탄성이 있는 재료일 경우에는 접촉면 전체면에서 피흡착체를 지지하므로, 적당한 흡착 면적이 있으면 0.2∼0.6kV 정도의 낮은 인가전압으로도 그 본체를 고정하기 위한 충분한 밀착력이 얻어진다. 그러나, 본 발명의 피흡착체인 용융 수지 시트(8)는 간단하게 소성 변형이 일어나는 열가소 상태이므로, 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1)의 모든 접촉면에 있어서 밀착이 누락된 부분이 없이 균일하고 강한 밀착력이 필요하다. 용융 수지 시트(8)의 정전 밀착에 필요한 JR력을 얻기 위해서, 내부 전극층(3)에 인가하는 전압(33)은 0.3kV 이상이 바람직하고, 6kV 이하 더욱이는 3.5kV 이하가 바람직하다. 인가전압이 높을수록 JR력에 의한 밀착력은 강해지고, 인가전압이 0.3kV 이하에서는 JR력에 의한 밀착력은 부족하다. 또한, 6kV 이상의 인가전압은 상기 최외층(4)의 내전압 이상이 되어, 절연 파괴를 일으킬 가능성이 있다.

본 발명의 냉각롤(1)의 심금(36)에 접하고 있는 최내층인 절연층(2)의 체적 고유 저항치는 10¹³Ω㎝ 이상인 것이 바람직하다. 이것은 내부 전극층(3)으로부터 절연층(2)을 경유하는 심금(36)에의 누설(리크) 전류를 영향이 없는 레벨까지 작게 하기 위해서이다. 또한, 절연층(2)의 두께는 50∼500㎛인 것이 좋고, 50㎛ 미만이면 필요한 밀착력을 얻기 위한 전압을 내부 전극층(3)에 인가하기 위한 내전압이 부족하고, 500㎛를 초과하면 냉각롤로서 필수적인 냉각 성능이 얻어지지 않게 되기 때문이다. 내부 전극층(3)에 6kV까지의 인가전압을 가능하게 하기 위해서, 절연층(3)의 내전압은 6kV 이상인 것이 바람직하다.

이것을 가능하게 하는 절연층(2)의 고절연 재료로서는 99.6% 이상의 고순도 알루미나 또는 산화티탄 2∼4wt% 함유 알루미나 등에 의한 세라믹스 용사막, 산화마그네슘계, 산화베릴륨(BeO)계, 질화알루미늄(AlN)계, 질화규소(Si₃N₄)계 등에서 선택된 세라믹스 재료로 이루어지는 피복 재료가 바람직하다. 또한, 폴리이미드, 폴리페닐렌옥시드, 폴리4불화에틸렌(테플론(등록상표)), 폴리3불화염화에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 등에서 선택된 고분자 수지, 자기, 법랑 등의 SiO₂계 유리막 등이어도 좋지만, 본 발명의 경우 절연 성능이나 열전도율, 취급성, 가격 등으로부터, 99.6% 이상의 고순도 알루미나 또는 산화티탄 2∼4wt% 함유 알루미나로 이루어지는 세라믹스 용사 재료가 가장 바람직하다. 열전도성의 관점으로부터는 질화알루미늄(AlN)으로 이루어지는 피복재가 바람직하다.

본 발명에 사용되는 상기 열가소성 수지로서는 용융시의 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하이면 좋고, 예를 들면 폴리아미드계 수지, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 비누화물(EVOH)계 수지, 또는 폴리에스테르계 수지를 예시할 수 있다. 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 작아도, 또한 도전체이어도 강한 정전 밀착력이 발생한다. 본 발명은 지금까지 정전 피닝법에 의한 정전 밀착에서는 제조가 어려웠던 폴리아미드계 수지 시트나, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 비누화물계 수지 시트 등과 같이, 용융 상태에 있어서의 체적 고유 저항치가 10^3∼10⁶Ω㎝ 정도인, 또는 더욱 체적 고유 저항치가 작은 도전성의 용융 수지 시트에도 적용 가능하다.

여기에서, 폴리아미드계 수지란, 예를 들면 나일론 6, 나일론 66, 나일론 46, 나일론 11, 나일론 12 등의 지방족 폴리아미드, 시클로헥산환 등을 갖는 지환족 폴리아미드, 지방족 디아민과 테레프탈산 및/또는 이소프탈산으로 이루어지는 나일론염(예를 들면 6T/I, 9T 등), 또는 크실릴렌디아민과 지방족 디카르복실산으로 이루어지는 나일론염(예를 들면 mXD6 등)을 중축합시켜서 얻어지는 폴리아미드, 호모폴리아미드용의 모노머와 나일론염을 조합하고 중합시켜서 얻어지는 코폴리아미드, 또는 이들 폴리아미드끼리의 혼합물, 또한 이들 폴리아미드와 이것과 블렌딩 가능한 열가소성 수지의 혼합물 등의 폴리아미드계 수지로 이루어지는 시트를 의미한다. 이 폴리아미드에 블렌딩 가능한 열가소성 수지의 예로서는 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 및 그 비누화물, 아이오노머 수지, 에틸렌과 아크릴산, 메타크릴산, 메타크릴산메틸, 아크릴산에틸 등과의 공중합체, 무수 말레산이나 아크릴산 등의 불포화 카르복실산, 및 그 유도체로 그래프트화된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등의 변성 폴리올레핀류 등을 들 수 있다.

EVOH계 수지란, 예를 들면 에틸렌기 함유율 20∼50몰%, 비누화도 95몰% 이상의 EVOH, 또는 이것과 다른 블렌딩 가능한 중합체의 혼합물 등의 EVOH계 수지로 이루어지는 시트를 의미한다. 상기 EVOH는 에틸렌-아세트산비닐 2원 공중합체에 한정되지 않고, 에틸렌, 아세트산비닐과 공중합할 수 있는 모노머 성분을 공중합시킨 3원 이상의 공중합체의 비누화물이어도 좋다. 공중합할 수 있는 모노머 성분으로서는 프로필렌, 이소부틸렌 등 올레핀, 크로톤산, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 등의 불포화산 및 이들의 에스테르 등을 들 수 있다. 또한, EVOH와 블렌딩 가능한 중합체로서는 상기의 에틸렌 아세트산비닐계의 3원 이상의 공중합체 비누화물, 아이오노머, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 나일론 6으로 대표되는 폴리아미드류 등이 있다.

폴리에스테르계 수지란, 기본적으로 다가 카르복실산과 다가알콜의 중축합체이며, 분자 내에 에스테르 결합을 갖는 화합물이며, 본 발명의 경우, 포화 폴리에스테르 수지인 것이 바람직하고, 대표적인 폴리에스테르 수지로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 PET, 폴리부틸렌테레프탈레이트 PBT, 폴리에틸렌나프탈레이트 PEN, 폴리락트산 PLA, 시클로헥산디메탄올을 포함한 폴리에스테르 수지, 폴리히드록시알카노에이트 PHA, 폴리히드록시부티르산, 폴리부틸렌숙시네이트 PBS, 및 그들의 공중합체이다.

또한, 상기의 폴리아미드계 수지 시트나 EVOH계 수지 시트, 폴리에스테르계 수지의 시트는 상기 수지 단독만으로 이루어지는 시트뿐만 아니라, 냉각롤(1)의 표면과 밀착시키는 측에 상기 폴리아미드계 수지나 EVOH계 수지, 폴리에스테르계 수지로 이루어지는 다층 적층 구조를 갖는 공압출물 등도 포함하는 것이다.

또한, 상기 열가소성 수지에 카본, 금속, 도전성 화합물, 대전방지제, 또는 금속염을 포함하는 각종의 첨가제를 함유시켜도 좋다. 물론, 기타 윤활제, 무기 미립자, 안료 등의 미분도 첨가할 수 있다.

본 발명은 열가소성 수지 시트(12)의 제조 방법뿐만 아니라, 상기 용도에 상응하는 냉각롤(1)도 제공하는 것이다. 즉, 구금(7)으로부터 용융 압출된 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 열가소성 용융 수지 시트(8)를 냉각 고화시키기 위해서 사용되는 냉각롤(1)이며, 상기 냉각롤(1)은 상기 용융 수지 시트(8)가 밀착하는 최외층(4)과, 상기 최외층(4)에 대하여 내측에 인접하는 도전성 내부 전극층(3)과, 상기 내부 전극층(3)에 대하여 내측에 인접하는 절연층(2)을 구비하고 있고, 상기 내부 전극층(3)에는 소정의 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 25∼100℃에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이다. 상기 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 실질적으로 비감온성이고, 상기 최외층(4)의 체적 고유 저항치의 온도 변화의 비율(R100/R25)이 0.1∼1.0인 것이 바람직하다. 여기에서, 체적 고유 저항치의 온도 변화의 비율(R100/R25)이란, 25℃의 온도의 체적 고유 저항치(R25)에 대한 100℃의 온도의 체적 고유 저항치(R100)의 비율(R100/R25)을 말한다.

또한, 상기 최외층(4)의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 바람직하게는 0.01∼0.3㎛이다. 여기에서, 상기 최외층(4)으로서 체적 고유 저항치가 비감온성, 즉 온도 상승에 의한 체적 고유 저항치의 저하가 가능한 한 작은 재료를 사용하는 이유는 고온 상태에 있는 용융 상태의 열가소 수지 시트(8)는 상기 최외층(4) 표면에 접촉하면 즉시 상기 표면에 밀착하고, 그때 상기 용융 수지 시트(8)로부터의 열의 이동에 의해 상기 최외층(4)의 온도는 상승하지만, 그 온도 상승에 의한 체적 고유 저항치의 저하를 극히 근소한 것으로 함으로써, 밀착 초기에 있어서의 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1)의 밀착력을 안정시키기 위해서이다.

본 발명의 냉각롤(1)을 사용한 JR력에 의한 정전 밀착법은 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝보다 낮은 모든 열가소성 용융 수지 시트에 적용 가능하고, 용융 수지 시트의 재료에 따라 밀착력에 차이가 거의 없는 것이 특징이다.

열가소성 수지의 용융 압출 제막에 대하여 이러한 새로운 정전 밀착법을 사용함으로써, 다음과 같은 새로운 현저한 효과가 얻어진다.

1. 고속도 캐스트가 가능

본 발명에 의한 방법에서는 용융 수지 시트(8)의 밀착력은 냉각롤(1)의 회전 속도, 즉 제막 속도의 영향을 받지 않고, 또한 수반 공기류의 침입을 억제할수록 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)의 표면에 고밀착하므로, 정전 피닝법에서는 불가능했던 100m/min 이상의 고속 제막이 가능해진다.

2. 냉각롤 표면이 항상 청정하게 유지되어 있음

용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)의 표면에 고밀착하고, 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1) 표면 사이에는 간극이 없으므로, 냉각롤(1)의 표면에의 올리고머의 석출이 억제되어서, 냉각롤(1)의 표면은 항상 클린한 상태이어서 장시간의 연속 제막이 가능해진다.

3. 인가 전극의 위치 조정은 불필요

종래의 정전 피닝법에서는 제막 속도가 변경될 때마다 실시하고 있었던 피닝 전극의 위치나 거리의 조정이 불필요하므로, 제막을 정지하지 않고 신속하고 또한 리얼타임으로 제막 속도나 용융 수지 시트(8)의 두께를 변경하는 것이 가능하다.

4. 전압을 항상 인가한 채, 용이하게 수지 시트의 연속 흡착과 연속 박리가 가능

구금(7)으로부터 압출된 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1)에 접촉함과 동시에 JR력에 의해 냉각롤(1) 표면에 강력하게 밀착 고정되어서, 급속 냉각 고화되고, 또한 이동하면서 냉각되어서 수지 시트(12)가 된다. 수지 시트(12)는 박리롤(16)에 의해 박리되기 직전까지는 그 체적 고유 저항치를 JR력이 작용하지 않거나 약해질 때까지 높게 할 수 있고, 내부 전극층(3)에의 전압을 인가한 채에서도 부하가 적은 상태에서 용이하게 연속적으로 박리할 수 있다.

5. 냉각롤 표면의 제전은 불필요하고, 얻어진 수지 시트에 내부 대전은 없음

내부 전극층(3)에 전압을 인가한 상태에서는 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝인 최외층(4)의 표면에 수지 시트(12)의 박리 대전에서 발생해서 잔류한 역전하는 내부 전극층(3)으로부터 공급된 전류(전하)에 의해 즉각 소멸된다. 따라서, 냉각롤(1) 표면의 제전은 불필요하고, 먼지 등의 오염도 부착되지 않아서, 그대로 냉각롤(1) 표면에 재차 용융 수지 시트(8)를 흡착시키는 것이 가능하다. 또한, 얻어진 수지 시트(12)에는 피닝법에서 발생하는 내부 대전은 발생하지 않는다.

6. 폴리아미드계 수지를 포함하는 각종의 열가소성 수지 시트의 고속 제막이 가능

본 발명의 JR력은 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하로부터 도전성 범위까지의 열가소성 수지의 용융 수지 시트의 밀착이 가능하고, 특히 체적 고유 저항치가 10⁴∼10⁷Ω㎝인 범위의 용융 수지 시트의 고속 제막에 사용 가능하다. 구체적으로는, 폴리아미드계 수지, 에틸렌 아세트산비닐 공중합체 비누화물(EVOH)계 수지, 폴리에스테르계 수지, 및 카본이나 금속, 대전방지제, 또한 각종 도전성 첨가제를 함유한 열가소성 수지 등에 유효하다. 이들 중에서도, 나일론 6 등의 폴리아미드계 수지의 시트는 특히 유용해서 수요가 많음에도 불구하고, 용융시의 체적 고유 저항치가 낮기 때문에 정전 피닝법을 적용할 수 없어서, 고속 제막은 어렵다고 되어 있지만, 본 발명의 냉각롤(1)을 사용한 JR력에 의한 밀착법에 의해 고속 제막이 가능해져서, 대폭으로 생산성이 향상된다.

7. 제막을 위해서 행하는 첨가제에 의한 체적 고유 저항치의 조정이 불필요

정전 피닝법에서는 그 체적 고유 저항치가 10⁷∼10⁸Ω㎝로 매우 한정된 용융 수지 시트가 아니면 정전 밀착할 수 없다. 예를 들면 대표적인 폴리에스테르 수지인 PET의 용융 수지 시트는 그 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 정도로 높기 때문에, PET 수지에 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속, Zn이나 Mn 등의 아세트산 금속염, 각종의 첨가제 등을 첨가해서 정전 피닝법에 적합한 상기의 매우 좁은 범위로 체적 고유 저항치를 미조정하고 있다. 그런데, 이러한 첨가제는 폴리에스테르 수지의 열분해를 촉진하거나, 아크 방전의 발생 리스크를 높게 하거나, 또한 얻어진 시트의 전기 특성이나 내가수분해 성능을 나쁘게 하는 등, 상기 수지 시트 본래의 특성을 손항상킨다고 하는 중대한 결점이 있다. 본 발명의 JR력에 의한 밀착법에서는 용융 수지 시트(8)의 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하이면 정전 밀착이 가능하므로, 첨가제가 불필요하게 되어, 원재료 수지 본래의 화학적, 물리적 및 기계적 특성이 우수한 열가소성의 수지 시트가 얻어진다.

8. 내부 전극층에 전압을 인가하므로, 냉각롤 표면에의 이상 방전은 발생하지 않음

본 발명은 종래법과 같이, 고전압을 인가한 피닝 전극 주변의 방전으로 발생한 공간 전하를 용융 수지 시트(8)에 대하여 직접 인가하는 방법이 아니라, 내부 전극층(3)에 직류 고전압을 인가하여, 고저항체인 최외층(4)을 경유하여 최외층(4)의 표면과 용융 수지 시트(8)의 접촉 계면에 전하(미소 전류)를 공급하는 방법이다. 이 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 10⁷∼10¹³Ω㎝이다. 체적 고유 저항치가 이러한 범위 내에 있는 고저항체 재료에 있어서는 자연 방치 상태이면 그 재료 내나 표면에서는 전류나 전하의 이동은 느려서 정전기를 대전하기 쉽지만, 전압이 인가 된 상태에서는 미소 전류나 전하의 이동이 가능하다. 그리고, 이러한 고저항체의 내부 및 표면에서는 고전압 방전에 노출되어도 미소 전류가 흘러서 방전 에너지는 분산되기 때문에, 전류 집중에 의한 스파크 방전이나 연면 불꽃 방전은 완전히 억제된다. 이 때문에, 정전 피닝법에서 문제가 되는 용융 수지 시트(8)의 이물이나 기포부에의 방전 스파크나, 용융 수지 시트(8)를 관통해서 냉각롤(1) 표면을 손항상키는 것과 같은 이상 방전은 발생하지 않는다. 또한, 인가전압은 최외층(4)의 내전압보다 낮은 6kV 이하이므로, 최외층(4)의 절연 파괴도 발생하는 일은 없다. 이 결과, 표면 품질이 우수한 수지 시트가 얻어지고, 더욱이는 냉각롤의 메인터넌스 빈도가 감소하여, 제막 장치의 가동률이 크게 향상된다.

9. 냉각롤 전체 폭에 밀착력이 작용하여, 우수한 특성의 열가소성 수지 시트가 얻어짐

종래의 정전 피닝법에서는 피닝 전극은 용융 수지 시트의 폭방향으로 평행하게 설치되어 있다. 이때, 용융 수지 시트의 폭보다 넓은 범위에 걸쳐서 전극을 가설하면 노출된 냉각롤의 표면에 스파크 방전이 발생하기 쉬우므로, 피닝 전극의 유효폭은 용융 수지 시트의 폭보다 좁게 하고 있고, 용융 수지 시트의 양단을 제외한 내측 영역에 밖에 전하를 부여할 수 없다. 이 때문에, 용융 수지 시트의 중앙 부근은 강한 밀착력이 얻어지지만, 시트 단부는 전하가 부족하여 밀착력이 약하고, 수반 공기의 말려 들어감 등에 의해 주름이나 두께 불균일과 냉각 부족이 일어나기 쉽다고 하는 결점이 있었다. 또한, 정전 피닝법에서는 피닝 전극과 롤 표면의 거리가 최단이 되는 위치에서 그 정전력은 극대로 되고, 그 범위도 좁기 때문에, 밀착 개시부 부근에서의 밀착력의 변화 구배가 급하고, 그것이 주름의 원인이 되는 경우가 있다.

이것에 대하여, 본 발명의 JR력에 의한 밀착력은 용융 수지 시트(8)와 최외층(4) 표면의 접촉 계면층에 대전한 전하량에 의존하므로, 용융 수지 시트(8)는 최외층(4)의 전체 표면에 있어서 불균일 없이 밀착하여 밀착 강도도 높다. 또한, 용융 수지 시트(8)와 냉각롤(1)의 원통 형상의 표면의 거리가 극히 접근해 와도, 용융 수지 시트(8)가 아직 냉각롤(1) 표면에 접촉하고 있지 않을 때에는 JR력은 발생 하지 않지만, 접촉하면 즉시 접촉 계면층을 미소 전류가 흘러서 JR력에 의한 강력한 밀착력이 발생한다. 그 결과, 밀착 개시선에 있어서 수반 공기류는 방출되기 쉬워 그 말려 들어감이 적어서, 용융 수지 시트(8)는 냉각롤(1) 전체면에 대하여 간극 없이 균일한 밀착이 가능해진다. 이것에 의해, 두께의 균질성, 평면성, 평탄성이 우수하고, 주름이 없고, 광택 등이 우수한 수지 시트(12)가 얻어진다.

10. 인가전압이 낮아서 안전함

제막시의 내부 전극층(3)에의 인가전압은 0.3∼6kV까지 가능하지만, 실질은 3.5kV 이하에서 충분하다. 이것에 대하여 최외층(4)의 내전압은 실질적으로 6kV 이상에서 여유가 있다. 최외층(4)은 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝인 세라믹스계 재료이며, 전기누설 대책상은 실질적으로 절연 재료라고 간주해도 좋다. 내부 전극층(3)은 이러한 최외층(4)으로 완전히 덮어져 있고, 롤 표면에는 노출되지 않는다. 이 때문에, 상기 냉각롤은 인체에의 안전성도 높고 취급에 있어서는 안심이다.

[측정 방법]

본 발명에서 사용하는 물성치의 측정 방법은 이하와 같다.

1. 중심선 평균 거칠기(Ra)

냉각롤의 표면의 거칠기 측정에는 롤 상태 그대로로 측정이 가능할 경우, 그 표면의 평균 거칠기(Ra)를 포터블식 표면 조도계로 실측하지만, 롤 직경이 2m 정도의 대형 냉각롤과 같이 실물 표면에서의 직접 측정이 어려울 경우에는 레플리카 시료를 작성해서 그 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정한다. 레플리카 시료 작성에는 Bioden사제의 #17-1142RFA 레플리카 필름을 사용한다. 측정기는 JISB0651에 따라서 촉침으로서는 꼭지각 60도의 원추형이고, 구 형상 선단의 곡률 반경이 2㎛인 것을 사용하고, 측정 방법은 JISB0601-2013에 따라서 컷오프값 0.8mm의 조건에서 측정하여, 중심선 평균 거칠기(Ra)를 구한다. 측정 기기로서 Kosaka Laboratory Ltd.의 Surfcoder SE1700α를 이용하여 측정했다.

2. 체적 고유 저항치

냉각롤(1) 표면의 최외층(4)의 체적 고유 저항치는 전기절연용 세라믹스 재료의 시험법 JISC2141-1992에 준해서 측정한다. 도전성 점착 시트로부터, 외경: φ26mm의 주전극과, 외경: φ48mm, 내경: φ38mm의 가드 전극을 절취하고, 상기 냉각롤 표면의 곡면에 JISC2141의 3단자법에 맞도록 가드 전극과 주전극이 동심원이 되도록 부착한다. 주전극 및 가드 전극의 표면의 접점에 도선의 단자를 도전성 점착 테이프로 부착한 도선을 사용한다. 대전극은 냉각롤의 내부 전극층(3)을 사용한다. 측정은 측정 개시부터 1분 후의 값을 채용한다. JIS C1303에 준한 고절연 저항계(예를 들면 Kawaguchi Electric Works Co., Ltd. 제의 초절연계 R-503 등)로 주전극과 내부 전극층(3) 및 가드 전극과의 사이에 직류 전압 500V(V)를 인가하고, 그때에 주전극과 대전극(내부 전극층(3))에 흐르는 전류치(I)(A)로부터, 체적 저항(R_v(=V/I))을 구하고, 하기 식으로 체적 고유 저항치(ρ_v)를 계산한다.

ρ_v(Ω㎝)=R_v×A/d

A=π×D²/4

여기에서,

V: 인가전압(V)

R_v: 체적 저항(Ω)

ρ_v: 체적 고유 저항치(Ω㎝)

A: 주전극의 면적(㎠)

D: 주전극 외경(㎝)

d: 최외층 두께(㎝)

또한, 두께(d)의 측정은 자기식 두께계로 행한다. 예를 들면 SANKO ELECTRONIC LABORATORY CO., LTD. 제의 SWT-8000/8100을 사용하고, 측정 프로브로서는 φ5mm의 것을 사용했다. 또한, 냉각롤로부터 최외층(4)의 두께(d)를 직접 측정하는 것이 곤란할 경우, 내부 전극층(3)의 인출 단자의 형상에 따라, 이하의 방법으로 최외층(4)의 두께(d)를 추정해도 좋다.

(1) 내부 전극 인출선(6)이 내부 전극층(3)에 접속된 개소에 있어서, 절연층 및 내부 전극층(3)의 표면이 노출되어 있을 경우, 상기 자기식 두께계를 사용하여 절연층(2)의 표면으로부터 두께(d₂), 내부 전극층(3)의 표면으로부터 두께(d₃), 최외층(4)의 표면으로부터 두께(d₄)를 각각 측정한다. 두께(d₂)는 절연층(2)의 두께이다. 내부 전극층(3)의 두께는 d₃-d₂로부터 얻어진다. 최외층(4)의 두께(d)는 d₄-d₃으로부터 얻어진다.

(2) 내부 전극 인출선(6)이 내부 전극층(3)에 접속된 개소가 냉각롤 표면에 노출되어 있지 않을 경우에는 상기 자기식 두께계를 이용하여, 최외층(4)의 표면으로부터 측정한 두께(d₄)의 0.45배를 최외층(4)의 두께(d)로 한다.

절연층(2)의 체적 고유 저항치(ρ_v)의 측정은 내부 전극층(3)을 측정 전극으로 하고, 냉각롤(1)의 심금(36)의 표면을 대전극으로 해서 행한다. 내부 전극층(3)과 심금(36) 사이에 직류 전압 500(V)을 인가하고, 그때 흐른 전류치(I)(A)로부터 체적 저항(R_v(=V/I))을 구하고, 이 R_v로부터 하기 식에 의해 산출한다.

ρ_v(Ω㎝)=R_v×A/d₂

A=π×D_R×L

여기에서,

A: 내부 전극의 총 면적(㎠)

V: 인가전압(V)

R_v: 절연층의 체적 저항(Ω)

ρ_v: 체적 고유 저항치(Ω㎝)

D_R: 냉각롤의 외경(㎝)

L: 내부 전극의 롤 폭방향의 길이(㎝)

d₂: 절연층(2)의 두께(㎝)

3. 용융 수지의 체적 고유 저항치

세라믹스제의 도가니에 동일한 치수의 2매의 전극판(SUS304 박판 20mm×20mm×0.5t, 이면을 세라믹스 도료로 절연)을 극간 거리 20mm으로 삽입하고, 측정 대상인 수지의 펠렛을 넣고, 질소 가스 분위기 중에서 280℃의 온도로 가열 용융하고, 이 온도로 유지한다. 최외층(4)의 체적 저항의 측정에 사용한 것과 동일한 고절연 저항계를 사용해서 2매의 전극에 V(V)의 전압을 인가했을 때의 전류 I(A)를 측정하고, 용융 수지의 체적 저항(R_v(=V/I))을 구하고, 하기 식에 의해 용융 수지의 체적 고유 저항치(ρ_v)를 계산한다.

ρ_vv(Ω㎝)=R_v×A/D

여기에서,,

R_v: 체적 저항(Ω)

ρ_v: 용융 수지의 체적 고유 저항치(Ω㎝)

A: 전극의 면적(㎠)

D: 전극 간 거리(㎝)

실시예

A. 실시예·비교예

이하에, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

나일론 6 펠렛(Mitsubishi Chemical Corporation 제, Novamid 1020CA)을 건조 후 φ180mm의 압출기로 용융 온도 275℃에서 용융 혼련하고, 10㎛ 컷의 여재를 통과시킨 후, T다이의 구금으로부터 시트 형상으로 압출하고, 표면 온도 25℃로 유지된 외경φ1500mm의 냉각롤을 이용하여, 시트 폭 1200mm, 시트 두께 약 180㎛의 수지 시트(12)를 제조했다. 이때, 나일론 6의 용융시의 체적 고유 저항치는 10⁵Ω㎝이었다.

여기에서 사용한 냉각롤은 이하와 같이 해서 제조했다. 냉각롤(1)의 원통 형상의 금속제 심금(36)의 몸통 중간부의 전체 표면을 샌드 블래스트 처리 후에, 세라믹층의 밀착력을 향항상키기 위한 본딩층으로서 80wt% Ni/20wt% Cr 합금을 플라즈마 용사에 의해 50㎛ 적층했다. 계속해서, 본딩층의 표면에 고절연성 재료로서 산화알루미늄(알루미나)(99.6wt% Al₂O₃)을 플라즈마 용사에 의해 250㎛ 적층하고, 상기 용사 알루미나층에 저점도 에폭시 수지에 의한 봉공 처리를 하고, 체적 고유 저항치가 10¹⁴Ω㎝ 이상으로 되어 있는 절연층(2)을 형성시켰다. 상기 절연층(2) 상에 도전층으로서, 텅스텐(W)으로 이루어지는 전극을 플라즈마 용사에 의해 두께 30㎛로 적층하고, 내부 전극층(3)으로 했다. 이때 냉각롤(1)의 폭방향의 양단으로부터 20mm폭으로 마스킹을 행하고, 이 범위에는 내부 전극층(3)은 형성되지 않도록 했다. 양단부의 마스크를 제거한 후, 이 양단부와 또한 상기 내부 전극층(3)의 상면, 즉 냉각롤(1)의 원통면 전체면에, 산화티탄(TiO₂)을 10wt% 함유하고 나머지 90wt%가 알루미나(Al₂O₃)로 이루어지는 알루미나계 세라믹스 재료를 플라즈마 용사에 의해 두께 350㎛를 최외층(4)으로서 적층했다. 마찬가지로, 내부 전극층(3)의 텅스텐층과 함께 상기 세라믹스 재료층을 저점도 에폭시 수지에 의해 봉공 처리하여, 체적 고유 저항치가 5.6×10¹⁰Ω㎝인 최외층(4)을 얻었다.

상기 최외층(4)에, 다이아몬드 숫돌에 의한 연마를 시공하고, 잔류 두께를 250㎛, 연마 후의 표면 거칠기(Ra)가 0.05㎛가 되도록 했다. 또한, 내부 전극층(3)에 전기 접속이 가능하도록, 최외층(4)의 용사 시공시에 롤의 편측의 단부에 20mm×30mm의 직사각형 범위의 마스킹을 행하고, 최외층(4)을 용사 후에 내부 전극층(3)을 20mm×10mm폭으로 롤 단부에 노출시켰다. 노출된 내부 전극층(3)에 내부 전극 인출선(6)을 접속했다.

이렇게 한 후에 내부 전극층(3)에 직류 전압 (+)3.5kV를 인가했다. 그리고, 상기 냉각롤의 주속 100m/min에 있어서, 용융 나일론 수지 시트(8)를 구금(7)으로부터 상기 냉각롤 표면으로 압출한 바, 상기 용융 나일론 수지 시트(8)는 상기 냉각롤(1) 표면에 접촉함과 동시에 강력한 밀착이 가능했다. 이때 제막 중의 고압 직류 전원(9)에 부속된 전류계(37)에 의한 전류 계측치는 43mA이고, 나일론의 수지 시트와 냉각롤 표면이 밀착하고 있는 전체 면적에서의 단위면적당 전류 밀도를 계산하면 1.5μA/㎠이어서, JR력의 발생에 적합한 미소 전류 밀도이었다.

즉, 용융 나일론 수지 시트(8)는 존슨·라벡(JR)력에 의해 냉각롤(1) 표면에 접촉과 동시에 전체 폭에서 강하게 밀착하고 있고, 상기 용융 수지 시트(8)와 상기 냉각롤(1) 표면 사이에의 수반 기류의 침입은 완전히 저지되어, 두께의 균질성이 높고, 크레이터 등의 표면 결점도 없고, 주름이나 물결의 발생이 없는 평면성이 양호한 수지 시트(12)가 얻어졌다. 이 제막을 48시간 이상의 장시간에 걸쳐 계속해도, 상기 냉각롤(1) 표면에는 올리고머 등의 승화물이 부착되지 않고, 또한 냉각롤(1) 표면 상에서의 스파크 발생도 없고, 또한 박리 후의 박리롤(1) 표면은 대전되어 있지 않아서 제전의 필요도 없고, 수지 시트(12)에도 내부 대전은 없어 취급성도 우수한 방법이었다. 이렇게 하여 얻어진 수지 시트(12)를 또한 종횡의 2축방향으로 연신·열처리하기 위해서, 동시 2축 연신기(Bruckner사 LISIM)로 연신 온도 85℃에서 종방향으로 3.8배, 횡방향으로 4.0배 연신한 후, 210℃에서 열처리를 하여, 두께 12㎛의 평면성·평탄성도 양호하고, 표면도 평활한 2축 배향 나일론 시트가 얻어졌다.

(실시예 2)

수지 원료로서, 극한 점도[η] 0.61의 필름용 PET(IV0.65)(Bell Polyester Products,Inc.)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 제막 두께 150㎛, 냉각롤의 주속도 120m/min으로, 내부 전극층(3)에 직류 전압 (+)3.5kV를 인가해서 제막했다. 이때 제막 중의 고압 직류 전원(9)의 전류는 29mA이고, PET의 수지 시트와 냉각롤 표면이 밀착하고 있는 전체 면적에서의 단위면적당 전류 밀도를 계산하면 JR력에 의한 밀착에 적합한 1.0μA/㎠이었다. 상기 용융 수지 시트(8)도 JR력에 의해 상기 냉각롤(1) 표면에 강력한 밀착이 가능했다. 48시간 연속해서 제막을 행했지만, 취급성, 생산성 등에 전혀 문제가 되는 것은 없고, 더욱이 얻어진 수지 시트(12)는 평활성과 두께의 균질성이 우수하여, 내부 대전도 발생하여 있지 않았다.

(실시예 3)

수지 원료로서, 에틸렌 아세트산비닐 공중합체 비누화물(EVOH)(The Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd. 제, Soarnol ET)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 제막 두께 225㎛, 냉각롤의 주속도 80m/min으로, 내부 전극층(3)에 직류 전압 (+)3.5kV를 인가하여, 연속해서 24시간 제막했다. 이때 제막 중의 고압 직류 전원(9)의 전류는 53mA이고, EVOH의 수지 시트와 냉각롤 표면이 밀착하고 있는 전체 면적에서의 단위면적당 전류 밀도를 계산하면 1.8μA/㎠이었다. 상기 용융 수지 시트(8)도 JR력에 의해 상기 냉각롤(1) 표면에 강력한 밀착이 가능했다. 취급성, 생산성 등에 전혀 문제가 되는 것은 없고, 더욱이 얻어진 수지 시트(12)는 평활성과 두께의 균질성이 우수하였다.

(실시예 4)

실시예 2에서 사용한 장치에 냉각롤의 내부 전극층(3)에 직류 전압 (+)3.5kV를 인가해서 발생시키는 JR력 이외에, 도 5와 같이 φ0.3mm의 텅스텐선의 피닝 전극(13)을 추가 설치하고, 피닝 전극(13)에 부의 (-)8kV의 전압을 인가하고, PET의 용융 수지 시트(8)에 피닝 전극(13)으로부터 전하를 인가했다. 이때 제막 중의 고압 직류 전원(9)의 전류는 38mA이고, PET의 수지 시트와 냉각롤 표면이 밀착하고 있는 전체 면적에서의 단위면적당 전류 밀도를 계산하면 1.3μA/㎠이었다. 피닝 전극(13)을 어시스트한 효과로 미소 전류는 실시예 2보다 3할 정도 상승하여 있었다. 최고 제막 속도를 110m/min까지 올려도 제막은 안정하고, 제막 두께 165㎛로 24시 간 연속해서 제막했지만, 얻어진 PET 수지 시트(12)의 평면성, 두께의 균질성도 좋고, 표면도 평활했다. 이것에 의해, 용융 수지 시트(8)가 JR력으로 냉각롤 표면에 밀착되어 있을 때에, 역극성의 전압을 인가한 피닝 전극(13)으로부터 역전하를 용융 수지 시트(8)에 더 인가하면, 그 밀착력을 더욱 끌어올리는 것이 가능한 것이 판명되었다.

(비교예 1)

실시예 1∼3에서 사용한 냉각롤의 최외층의 재료를 고절연성 재료 알루미나(99.6wt% Al₂O₃)로 변경했다. 즉, 텅스텐으로 이루어지는 내부 전극층 상에 상기 고절연성 재료 알루미나를 플라즈마 용사법으로 두께 350㎛ 적층하고, 상기 고절연성 알루미나층 표면에 저점도 에폭시 수지에 의한 봉공 처리를 하여, 체적 고유 저항치가 10¹⁴Ω㎝ 이상인 고절연성의 최외층을 얻었다. 최외층의 다이아몬드 숫돌에 의한 연마 후의 잔류 두께를 250㎛로 하고, 또한 연마 후의 표면 거칠기(Ra)가 0.06㎛가 되도록 했다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로, 전기 접속이 가능하도록 최외층을 용사 시공 시에 내부 전극층의 일부에 마스킹을 행하고, 10mm×20mm의 직사각형의 범위를 롤 단부에 노출시켰다.

실시예 1과 같은 방법으로 최고 제막 속도 40m/min으로 내부 전극층에 직류 전압 (+)6kV를 인가한 상태에서 실시예 1과 동일한 나일론 6의 용융 수지 시트를 밀착시켜서 제막하고자 했지만, 새롭게 압출되어 온 나일론 6의 용융 수지 시트는 박리 대전에 의해 발생한 고절연성의 최외층 표면에 잔류한 전하에 의해 튕겨져서 밀착하지 않으므로, 즉시 연속 제막은 불가능하게 되었다. 내부 전극층에의 전압을 인가한 채에서는 접지 접속한 카본 브러시에 의한 제전을 행해도, 이 박리 대전에 의한 전하의 제거는 불가능했다. 내부 전극층에의 전압 인가를 오프로 하고, 최외층 표면의 잔류 전하를 측정하면, (-)3.5kV의 역전하가 대전되어 있었다. 계속해서, 내부 전극층에의 인가전압을 오프한 상태인 채로 카본 브러시에 의한 제전을 행하면, 박리 대전에 의한 역전하는 표면 전위가 거의 제로가 될 때까지 제전이 가능했다. 그 상태 그대로 재차 내부 전극층에 (+)6kV의 전압 인가를 행해서 나일론의 용융 수지 시트의 밀착 냉각을 행하면 초기에만 밀착하지만, 일단 박리를 행한 후에는 즉시 박리 대전에 의해 최외층 표면에 잔류 역전하가 발생하고, 용융 수지 시트는 잔류 전하에 튕겨져서, 밀착은 재차 불가능하게 되어, 제막을 계속할 수는 없었다. 이 잔류 역전하에 의해 발생하는 밀착 불량에의 대책으로서, 내부 전극층에의 인가전압을 더욱 높게 하고, 예를 들면 15kV 이상으로 높여서 밀착력을 얻는 방법이 고려되지만, 8kV 인가에 의해 내부 전극층의 하층의 절연층 및 최외층이 스파크 방전에 의해 절연 파괴되어 손상된 경험이 있으므로, 이것 이상은 전압의 상승은 위험하다고 판단하고 제막은 중지했다. 전압 인가에 사용한 고압 직류 전원에 부속되는 전류계의 최소 측정 정밀도는 0.01mA 이하이지만, 제막 중의 전류는 이 전류계로는 관측할 수 없고 무시할 수 있는 전류량이었다. 이것으로부터 상기 냉각롤의 정전력은 쿨롱력식인 것이 판명되었다.

이와 같이, 최외층이 고절연성의 알루미나일 경우에는 6.5kV 이하의 인가전압에서는 제막의 최초에만 쿨롱력식의 정전력에 의한 밀착력은 발생하지만, 최초에 밀착한 수지 시트를 박리했을 때에 발생한 역전하가 냉각롤 표면에 잔류한 상태가 되고, 그 후는 그 역전하의 영향에 의해 냉각롤의 최외층에의 용융 수지 시트의 연속 밀착은 불가능하게 되는 것이 판명되었다.

(비교예 2)

실시예 1∼3에서 사용한 냉각롤의 최외층을 0.5mm 두께의 나일론 6 수지층으로 변경한 것 이외에는 실시예 2와 같은 방법으로 PET 시트를 제막했다.

그 결과, 절연성 재료인 나일론 6을 최외층에 사용하고 있음에도 불구하고, 용융 수지 시트의 연속 흡착과 연속 박리는 가능했지만, 내부 전극층에의 인가전압이 (+)6∼7kV 정도에서는 제막 속도가 20m/min 정도에서도 용융 수지 시트의 밀착력은 미약해서 불충분하고, 불안정했다. 목시 판단에서는 냉각롤 표면에 접촉하는 근방에서의 미소 방전은 발생하지 않은 것 같았다. 이때 내부 전극층에의 전압인가에 사용한 고압 직류 전원(9)에 부속되는 전류계(37)의 최소 측정 정밀도는 0.01mA 이하이지만, 이 전류계에서는 제막 중의 전류는 관측할 수 없었다. 또한 보다 고전압을 인가한 실험을 행할 수 있도록 하기 위해서, 고전압 인가에서의 냉각롤의 절연층(2)의 손상을 방지할 목적과 안전 확보를 위해서, 방전 스파크 전류를 제한할 수 있도록 직류 전원(9)의 출력측 단자에 10⁹Ω의 저항기를 접속하고, 그것을 경유해서 내부 전극층에 고전압을 인가할 수 있도록 했다. 이렇게 하여 인가전압을 15kV 이상으로 높이면 일시적으로 밀착은 발생했지만, 제막 속도를 20m/min까지 더 끌어올리면 다시 밀착이 불안정해졌다. 인가전압을 25kV까지 더 끌어올리면 밀착은 약간 안정했지만, PET의 용융 수지 시트가 냉각롤 표면에 접촉해서 밀착하고 있는 상태에 있어서도, 고압 직류 전원에 부속되는 전류계에서는 전류를 관측할 수 없었다. 더욱이, 인가전압 25kV에 있어서도 용융 수지 시트의 밀착력은 그다지 강하지 않고, 냉각롤 표면과 용융 수지 시트 사이에는 공기층이 말려 들어가 있어, 얻어진 수지 시트 표면에는 크레이터 형상 표면 결점이 전체면에 발생하고, 또한 냉각 부족으로 투명성도 나빴다. 또한, 제막 속도를 40m/min까지 서서히 끌어올리면, 밀착은 다시 불안정해지고, 또한 강한 밀착력을 얻고자 인가전압을 35kV로 더 높게 했지만, 냉각롤 표면 부근에서 미소한 방전이 발생하게 되어, PET 용융 수지 시트의 밀착 상태도 여전히 불안정했다. 스파크 전류를 제한하기 위한 저항기를 부착하고 있다고는 해도, 내부 전극층의 하층의 절연층(2)의 절연 파괴도 염려되므로 연속 제막은 즉각 중지했다. 밀착이 발생하여 있는 상태에서도 관측할 수 있는 레벨의 미소 전류는 발생하고 있지 않고, 15kV 이상의 매우 높은 전압을 인가해도 밀착력이 약하기 때문에, 최외층에 0.5mm 두께의 나일론 6을 사용한 방식의 냉각롤에서의 정전 밀착력은 쿨롱력식이라고 판단했다. 절연층에 나일론 6을 사용하는 정전 밀착 방식에서는 강한 밀착력을 얻기 위해서는 매우 높은 인가전압이 필요하고, 그런데도 그 밀착력과 냉각 능력은 크레이터 형상의 표면 결점을 방지하기에도 투명성을 얻기에도 불충분한 것이 판명되었다.

(비교예 3)

실시예 1∼3에서 사용한 냉각롤의 최외층의 재료를 산화티탄 20wt% 함유 알루미나(Al₂O₃/20wt% TiO₂)로 변경했다. 즉, 텅스텐으로 이루어지는 내부 전극층 상에 최외층의 재료로서 산화티탄 20wt% 함유 알루미나를 플라즈마 용사법으로 400㎛ 적층하고, 계속해서 상기 최외층 표면에 저점도 에폭시 수지에 의한 봉공 처리를 했다. 최외층의 다이아몬드 숫돌에 의한 연마 후의 잔류 두께를 300㎛로 하고, 또한 연마 후의 표면 거칠기(Ra)가 0.06㎛가 되도록 했다. 연마 마무리 후의 측정에서, 최외층의 체적 고유 저항치가 1.5×10⁶Ω㎝가 되어 있는 것을 확인했다. 제막 속도를 15m/min로 한 것 이외에는 비교예 2와 마찬가지로 PET의 용융 수지 시트를 제막했다. 이때 내부 전극층에 정의 전압을 인가하고, +0.5kV까지 끌어올린 부분에서 제막 중의 전류는 직류 고압 전원의 제한 전류인 100mA를 초과해버려서, 인터락이 작동해서 전원이 정지하여 제막을 할 수 없었다. 그래서, 전류를 전원의 제한 전류 이내로 제어할 목적에서 전원 출력에 10⁶Ω의 저항기를 접속하고, 그것을 경유해서 내부 전극층에 전압을 인가했다. 그래서 재차 전압을 0.25kV로 설정하고 전류를 25mA로 내린 바, 약하지만 용융 수지 시트는 냉각롤 표면에 밀착했지만, 밀착력이 불충분하기 때문에 냉각롤과의 사이에 공기가 말려 들어가서, 얻어진 수지 시트는 크레이터 형상의 표면 결점이 많고 투명성도 좋지 않았다. 또한, 제막 속도를 15m/min보다 빨리하면 즉시 제막은 불안정해졌다. 그러나, 그 이상 인가전압을 높이면, 전류가 상하 진동해서 불안정해지고, 또한 밀착력도 불안정해지므로, 그 이상의 전압 상승은 행하지 않고, 또한 제막도 중지했다. 이로부터, 최외층의 체적 고유 저항이 10⁶Ω㎝ 이하인 경우에는, 인가전압과 전류 밀도를 JR력 발생으로 인하여 적합한 범위로 밸런싱시키는 것이 곤란했다. 이 때문에, JR력은 정상적으로는 발생하지 않아서, 용융 수지 시트의 정전 밀착법에 의한 냉각에는 사용 불가능한 것이 판명되었다.

실시예 1∼4 및 비교예 1∼3의 냉각롤의 구성, 밀착 방법, 제막 속도, 제막시의 문제점, 얻어진 열가소성 수지 시트의 물성 등을 표 1, 표 2에 나타낸다.

B. 테스트롤에 의한 JR력과 쿨롱력에 의한 수지 시트의 밀착력의 측정

용융 수지 시트가 어느 정도의 힘으로 냉각롤 표면에 밀착하고 있는지를 정량적으로 측정하는 것이 중요하지만, 열가소 상태에 있는 용융 수지 시트에서는 그 밀착력은 측정할 수 없다. 그래서, 본 발명에 의한 JR력식 냉각롤과 쿨롱력식 냉각롤에서 밀착력의 강도를 정량적으로 비교하기 위해서, JR력식 흡착 기구 및 쿨롱력식 정전 밀착 기구를 각각 조립한 테스트롤을 이용하여, 용융 수지 시트에 가까운 체적 고유 저항치를 갖는 대체 시트에 대한 밀착력의 측정을 행했다. 또한, 쿨롱력식의 냉각롤에 대해서는 인가전압과 최외층의 두께의 차이에 의한 밀착력의 변화를 식(1)을 사용해서 계산했다.

1. 시험의 개요

단극식의 내부 전극층에 전압을 인가해서 흡착하는 타입의 정전 흡착체는 내부 전극층 상의 최외층의 체적 고유 저항치로 하기의 2종류로 나눌 수 있다.

1) 체적 고유 저항치가 10⁷∼10¹³Ω㎝인 세라믹스계 재료인 JR력식

2) 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝ 이상인 고절연 재료인 쿨롱력식

이 2종류에 대해서, 냉각롤을 모델로 한 흡착력 측정용 테스트롤을 제작하고, 이하에 설명하는 방법으로 대체 시트의 밀착력을 평가했다.

대체 시트로서, (1) 폴리아미드계(나일론 6)의 용융 수지 시트(8)의 대체로서, 시판의 VHS용 자기 필름을 사용하고, (2) PET 용융 수지 시트(8)의 대체로서 시판의 대전 방지 고무 시트를 사용했다. VHS용 자기 필름은 11㎛의 PET 필름의 편면에 자성체가 4∼6㎛의 두께로 도포되어 있고, 이면에는 대전 방지가 실시되어 있다. 이 자성체 도포부의 체적 고유 저항치는 6.4×10⁴Ω㎝이며, 용융 상태의 폴리아미드계(나일론 6)의 수지 시트의 체적 고유 저항치와 거의 같으므로, 이 자성체 도포면을 밀착면으로서 사용했다. 대전 방지 고무 시트는 시판의 카본 함유 NBR 흑고무이고, 두께는 1mm이며, 체적 고유 저항치가 2.7×10⁸Ω㎝로 PET의 용융 수지 시트와 거의 같다. VHS 필름은 얇기 때문에 인장 강도가 부족하여, JR력을 측정하면 신장하여 파단된다. 또한, NBR 흑고무 시트도 신장이 발생해서 JR력이 낮게 측정되므로, 각각의 흡착면의 반대측면에 두께 100㎛의 PE제 점착 테이프를 2매 붙여서 보강하여 파단이나 신장이 발생하지 않도록 했다.

JR력식 및 쿨롱력식 모두 공기 중의 습도에 의해 롤 표면 및 대체 시트의 표면에 수분이 흡착하면, 밀착력이 저하한다. 이것을 피하기 위해서, 실온 25℃, 습도 40RH% 이하에서 측정하고, 대체 시트는 롤에 접촉시키기 직전까지, 실리콘 고무 히트 상에 두고 90∼100℃에서 가열 보온해 두고, 온도가 저하하기 전에 테스트롤 표면에 접촉시켜서 밀착시켰다. 대체 시트를 사용한 측정이지만, 기본적으로는 용융 수지 시트(8)의 밀착력과 동일한 기구로 밀착하고 있어, JR력 및 쿨롱력에 의한 밀착력을 평가하는 것이 가능하다.

2. 측정 방법

밀착력의 측정 방법을 도 7에 나타낸다.

내부 전극층(47)에 직류 고압 전원(52)으로 직류 전압을 인가한 상태에서, 자기 필름(49)의 자성체 도포면을 테스트롤(45)의 최외층(48)의 표면에 접촉시켜서 π/2(90°)의 각도 범위에서 권취하고, 최외층(48)의 표면에 밀착시킨 후, 포스 게이지(53)로 정마찰력(F)([N])을 측정하고, 하기의 식(5)을 사용해서 밀착력(P) ([Pa])을 산출했다.

P=F/(S×μ) (5)

여기에서, S는 자기 필름(49)과 최외층(48) 표면의 접촉 면적(㎡), μ는 자기 필름(49)의 자성체 도포면과 최외층(48) 표면 사이의 정마찰 계수이다. 정마찰 계수(μ)는 별도의 도 7과 같은 설정에서 오일러의 벨트 이론에 의한 대체 시트(49)의 장력과 하중의 관계를 사용해서 측정했다. 직류 전압을 인가하지 않은 상태에서, 대체 시트(49)의 권취 각도는 π/2(90°)이고, 포스 게이지(53)와 반대측의 대체 시트(49)의 단부에 추(W)[N]를 매달고, 그때의 장력(T)[N]을 측정했다. 그 측정치로부터 하기의 식(6)에 의해 마찰 계수(μ)를 산출했다.

μ=1/(π/2)·ln(T/W) (6)

최외층(48)이 고절연체인 쿨롱력식의 테스트롤에서는 정마찰력(F)의 측정을 행한 후, 자기 필름(49)을 테스트롤로부터 박리할 때에 내부 전극(47) (+)에 대한 역극성의 전하(-)가 최외층(48)의 표면에 대전되는, 소위 박리 대전이 발생한다. 이 역극성의 대전은 필름(49)의 대전 전하와 동 극성이며, 내부 전극(47)에 전압을 인가한 상태에서는 어스 접속한 제전 브러시로 처리해도 제전할 수 없고, 강도도 변하지 않는다. 이 때문에, 재차 정마찰력(F)의 측정을 행하고자 하면, 필름(49)은 이 전하에 반발되고, 그 후에는 필름(49)의 밀착은 일어나지 않는다. 이 박리 대전의 영향을 소거하고, 반복 정마찰력(F)을 측정하는 방법으로서, 하기와 같은 롤 표면의 제전 방법을 병용했다.

1) 정마찰력 측정이 끝난 필름(49)을 롤 표면으로부터 박리한다.

2) 내부 전극(47)에의 인가전압을 오프한 후에, 내부 전극(47)에 어스(10)를 접속한다.

3) 어스(10)에 접속한 제전 브러시를 접촉시켜서, 롤 표면의 마이너스 전하를 제거한다.

4) 정전전위 측정기로 테스트롤의 최외층(48)의 표면의 전위가 ±0.02kV 이하인 것을 확인한다.

5) 내부 전극(47)에의 어스 접속을 해제하고, 다시 내부 전극(47)에 소정의 전압을 인가한다.

6) 별도 제전 처리를 행해 둔 측정용 필름(49)을 다시 최외층(48)의 표면에 접촉시켜 밀착시킨다.

7) 포스 게이지(53)로 도 7에 나타내는 방법으로 필름(49)을 접선 방향으로 인장하고, 롤 표면으로부터 필름(49)이 미끄러지는 순간의 정마찰력(F)을 측정한다.

한편, JR력식 테스트롤에서는 이러한 박리 대전의 문제는 없고, 제전 처리는 필요 없다. 내부 전극(47)으로의 전압을 인가한 채의 상태에서, 자기 필름(49)의 밀착과 박리를 연속해서 반복해도 테스트롤 표면에는 박리 대전은 잔류하지 않고, 상기와 같은 롤 표면의 제전 처리를 행하지 않아도 정마찰력(F)의 측정이 그대로 연속해서 가능했다.

JR력식 테스트롤(45)에 의한 대전방지 고무 시트에 대한 정마찰력(F)도 자기 필름과 같이 상기의 롤 표면의 제전 방법은 사용하지 않고 측정했다.

3. 테스트롤의 종류와 측정 조건

테스트롤의 구성을 표 3에, 대체 시트의 구성을 표 4에 나타냈다.

테스트롤(45)의 재질은 STKM13A이고 형상은 직경 φ150mm, 몸통 중간폭 270mm, 양축이 φ25mm×L75mm이다. 롤(45)은 내부는 냉각수가 사용 가능한 단관 구조이고, 심금(36), 절연층(46), 내부 전극층(47), 최외층(48)을 구비하고 있다. 본시험에서는 대체 시트에 의한 밀착력 측정이므로 냉각수는 사용하고 있지 않다. 롤도 회전시키지 않고 고정한 상태이다. JR력식 테스트롤의 각 층(46, 47, 48)은 실시예 1의 냉각롤(1)의 그것과 개략 동일하다. 쿨롱력식 테스트롤은 최외층(48)이 비교예 1과 같은 절연성 재료 알루미나(99.6% Al₂O₃)의 플라즈마 용사층이며, 그 이외는 JR력식 테스트롤과 개략 동일하다.

4. 측정 결과

최외층(48)이 본 발명과 동등한 Al₂O₃/10% TiO₂ 용사막인 JR력식 테스트롤에 의한 밀착력의 실측치(i, ii)와, 최외층(48)이 고절연성인 99.6% Al₂O₃ 용사막의 쿨롱력식 테스트롤에 의한 밀착력의 실측치(iii)를 도 8의 그래프에 플롯팅하여 있다. 최외층(48)의 두께는 양 테스트롤 모두 250㎛이다. 이 그래프로부터 JR력식 테스트롤에 의한 밀착력은 쿨롱력식 테스트롤의 6.5배 이상으로 매우 높고, 0.3∼5kV 이하의 저전압에서 매우 강한 밀착력이 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 쿨롱력식 테스트롤에 있어서, 대체 시트가 흡착되어 있는 상태를 나타내는 등가 회로로부터 밀착력(P)[Pa]의 계산식을 산출하고, 대체 시트의 밀착력에 대한 최외층(48)의 절연층의 두께(42)(d_c[m])에 의한 영향을 평가했다. 도 6A에 쿨롱력식 흡착체가 반도전성 또는 도전성 피흡착체(40)(대체 시트에 상당함)를 흡착하고 있는 상태에서의 전하의 분포 상태를 나타내는 모델도를 나타내고, 도 6B에 그 등가 회로를 나타낸다. 이 모델에서는 최외층(48)은 고절연성의 재료로 이루어지고 그 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝보다 크고, 인가전압(44)이 35kV 정도까지는 미소 전류(비표시)는 거의 리크 레벨로 무시할 수 있다. 또한, 피흡착체(40)의 저항은 최외층(48)에 비해서 무시할 수 있으므로, 도 6B의 등가 회로에는 나타내지 않는다. 이렇게 등가 회로의 전류를 무시할 수 있는 정도로 미량일 경우, 내부 전극(47)에 인가된 전압(44)에 의해 최외층(48)의 고절연체에는 유전 분극(비표시)이 발생하고, 이 분극에 의해 피흡착체(40)의 저면에 역의 전하가 유도되어서, 최외층(48)을 사이에 두고 내부 전극(47)과 피흡착체(40)에 의하여 커패시터(43)가 형성된다. 도 6A, 6B의 쿨롱력식 흡착체의 경우에는, 내부 전극(47)과 피흡착체(40)의 거리는 최외층(48)의 두께(42)와 거의 동일하고, 또한 커패시터의 면적도 피흡착체(40)의 최외층(48)에 대한 겉보기 접촉 면적(즉, 대향 면적)과 거의 동일하게 해도 좋으므로, 최외층(48)의 유전율이 판명되면 커패시터(43)의 커패시터(정전 용량)과 내부 전극(47)에의 인가전압으로부터 쿨롱력식 흡착체(40)에 있어서의 밀착력(P)을 나타내는 하기 (1)식이 산출된다.

P=1/2·ε₀ε_l·(V/d_c)² (1)

여기에서, ε₀은 진공의 유전율로 그 값은 8.85×10^-12[F/m]이고, ε_l은 최외층(48)의 유전체의 비유전율이다. ε_l은 알루미나(99.6% Al₂O₃) 용사막에서는 8.4이고, 나일론 6에서는 4.5이다. 이들 전기적 물성치를 이용하여, 최외층(48)이 알루미나 용사막이고 두께가 0.25mm일 때와, 나일론 6이고 두께가 0.25mm, 0.5mm, 1mm일 때의 각각의 밀착력(쿨롱력)을 인가전압 0.3∼35kV의 범위에서 (1)식을 사용해서 계산했다. 그 결과를 도 8의 그래프에 합쳐서 나타낸다. 최외층(48)이 알루미나 용사막이고 두께가 0.25mm일 때의 밀착력의 실측치(iii)와 계산치(iv)의 비교로부터, 이 계산식이 거의 타당한 것을 알 수 있다. JR력의 경우의 밀착력의 계산식은 상술한 식(3)이지만, 현시점에서는 아직 미소 접점(17)과 미소 간극(18)의 면적 비율, 미소 간극의 표면 거칠기에 의한 환산 계수, 접촉 저항(27)(R_gap) 더욱이는 전위차(31)(V_gap)의 측정 등이 부족하여, 실효가를 조정하는 정수 α는 파악하지 못하고 있으므로, JR력에 관해서는 실측치만을 그래프에 기재하고 있다.

도 8의 그래프로부터, 쿨롱력식 테스트롤은 밀착력이 약하고, 실용적인 밀착력을 얻기 위해서는 고전압을 인가할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 그렇게 되면 내전압을 확보하기 위해서 최외층(48)의 두께(42)(d_c)를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 두께를 증가시키면 내부 전극(47)과 피흡착체(40) 사이의 거리(42)가 넓어져서, 쿨롱력식 테스트롤의 밀착력은 급격하게 저하되는 것을 알 수 있다. 결국은 최외층(48)이 절연체인 쿨롱력식의 테스트롤에서는 피흡착체(40)의 밀착에 고전압을 필요로 하지만, 그것을 위해서는 절연 내압을 보증하기 위한 두께가 필요로 되고, 결과적으로 실용적인 밀착력을 얻을 수 없는 것을 알 수 있다. 도 8의 그래프로부터, 최외층의 절연층이 0.5mm 두께의 나일론 6인 쿨롱력식 테스트롤(vi)에서는 15kV까지 전압을 높게 해도 실용이 되는 밀착력이 얻어지지 않고, 또한 비실용적이고 위험한 레벨의 고전압 35kV까지 높이지 않으면, JR력에 의한 실측치(i)와 (ii)에서의 3kV에 필적하는 밀착력은 얻어지지 않는 것을 알 수 있다. 두께 1mm의 나일론 6(vii)에 있어서는 35kV까지 전압을 높여도 필요한 밀착력은 얻어지지 않는다.

또한, 치명적인 것은 최외층(48)이 알루미나 용사막과 같은 고절연성의 세라믹스 재료인 쿨롱력식 테스트롤에서는 피흡착체(40)의 박리 대전에 의해 발생한 역전하가 최외층(48)의 표면에 잔류한다. 그리고, 이 역전하는 내부 전극(47)에 전압이 인가된 상태에서는 제전할 수 없기 때문에, 피흡착체의 밀착과 박리를 연속해서 행할 수 없다.

이상으로부터, 냉각롤 내부의 도전성 전극에 전압을 인가하는 방식에 있어서, 최외층에 나일론 수지를 사용하는 특허문헌 14와 같은 방법과 절연성의 세라믹스 재료를 사용하는 방법의 모든 쿨롱력식 냉각롤은 열가소성 수지 시트의 용융 압출 제막법에 사용하는 냉각롤에는 적합하지 않은 것을 알 수 있다.

C. 피닝 전극을 병용한 JR력식 테스트롤에 의한 수지 시트의 밀착력의 측정

시험 B에서 사용한 JR력식 테스트롤에 의한 밀착력의 시험법(도 7)에 있어서, 도 10에서 나타내는 바와 같이, φ0.3mm의 레늄텅스텐 와이어제의 피닝 전극(55)을 피흡착 필름(49)의 에어면측의 상방에 피흡착 필름(49)으로부터 7mm 떨어진 위치에 더 설치했다. 피닝용 직류 고압 전원(54)을 사용하여, 내부 전극층(47)과는 역극성의 전압 (-)8kV를 피닝 전극(55)에 인가하고, 피흡착 필름(49)의 에어면측에 역전하를 대전시켰다. 피흡착 필름(49)으로서 시험 B와 동일한 고무 시트 및 자기 필름을 사용했다. JR력식 테스트롤(45)의 내부 전극층(47)에의 인가전압을 (+)0.25kV로부터 (+)3.5kV까지 변화시키고, 시험 B와 마찬가지로 밀착력을 측정했다.

결과를 도 11에 나타냈다. 실측치(i-p), (ii-p)는 각각 고무 시트 및 자기 필름에 관한 피닝 전극(55)을 병용했을 경우의 측정 결과를 나타낸다. 참고를 위해서, 피닝 전극을 사용하지 않은 경우의 고무 시트 및 자기 필름에 관한 실측치(i), (ii)(도 8의 실측치(i), (ii)에 순차적으로 대응함)를 합쳐서 나타내고 있다. 실측치(i-p)와 실측치(i)의 비교 및 실측치(ii-p)와 실측치(ii)의 비교로부터, 고무 시트 및 자기 필름의 어느 것에 대해서도, JR력식 냉각롤에 피닝 전극을 병용했을 경우에는 JR력식 냉각롤 단독일 경우와 비교하여 보다 큰 밀착력이 얻어진다. JR력식 냉각롤 단독일 경우에 대한 피닝 전극을 병용했을 경우의 밀착력의 증가량은 인가전압이 높아짐에 따라서 커진다. 내부 전극층(47)에 대한 인가전압을 제로로 하고, 피닝 전극(55) 단독에서의 밀착력을 자기 필름에 대해서 측정한 바, 30kPa이었다. 이에 대하여, 인가전압이 3.5kV일 때의 자기 필름에 대한 JR력식 냉각롤 단독일 경우(실측치(ii))에 대한 JR력식 냉각롤에 피닝 전극을 병용했을 경우(실측치(ii-p))의 밀착력의 증가량은 그 3.8배인 115kPa이다. 즉, JR력식 냉각롤에 피닝 전극을 병용했을 경우의 밀착력은 JR력식 냉각롤 및 피닝 전극의 각각에 의한 밀착력의 단순 합계를 크게 초과한다. 더욱이, 그들의 상승작용에 의한 밀착력의 증가량은 내부 전극층에의 인가전압에 비례한다.

이상으로부터 JR력식 냉각롤에 피닝 전극을 병용하면, 열가소성 수지 시트의보다 강력한 밀착력에 의한 정전 밀착식 캐스트가 가능한 것이 판명되었다.

1: 냉각롤
2: 절연층
3: 내부 전극층
4: 최외층(세라믹스계 재료층)
5a: 고절연체 링
5b: 내부 전극 접속용 슬립링
6: 내부 전극 인출선
7: 구금
8: 용융 수지 시트
9: JR력용 직류 고전압 전원
10: 접지 어스
11a: 전극용 출력 배선
11b: 카본 브러시
12: 냉각 고화된 열가소성 수지 시트
13: 피닝 전극
14: 피닝(역전극)용 직류 고압 전원
15: 피닝용 배선
16: 박리(스트리핑) 롤
17: 미소 접점
18: 미소 간극
19: 미소 전류
20: 역극성 전하
22: 용융 수지 시트 냉각롤면
23: 최외층 표면(냉각롤 최표면)
25: 용융 수지 시트 저항(R_sheet)
26: 미소 간극의 커패시터(C_gap)
27: 미소 접촉점부의 접촉 저항(R_gap)
28: 최외층 저항(R_bulk)
29: 최외층 커패시터(C_bulk)
31: 용융 수지 시트와 세라믹스 재료층의 접촉 계면의 전압 강하(V_gap)
33: 전체 인가전압(V₀)
34: 미소 간극의 높이(d)
35: 최외층 두께
36: 심금
37: 직류 고압 전원의 전류계
38: 내부 전극
40: 피흡착체
42: 최외층(절연체)의 두께(d_c)
43: 커패시터(C)
44: 인가전압(V)
45: 테스트롤
46: 하부 절연층
47: 내부 전극
48: 최외층
49: 피흡착 필름
52: JR력용 직류 고압 전원
53: 포스 게이지
54: 피닝용 직류 고압 전원
55: 피닝 전극

Claims (23)

1. 용융시킨 열가소성 수지로 이루어지는 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 수지 시트를, 어스 접속 상태에 있는 구금으로부터 연속 회전 상태에 있는 냉각롤 표면에 연속적으로 압출하고, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤 표면에 밀착시켜서 회전 이송하면서 냉각 고화시킨 뒤, 냉각 고화한 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 연속적으로 박리해서 열가소성 수지 시트를 얻는 방법에 사용하는 냉각롤로서,
   상기 냉각롤은 상기 수지 시트가 밀착하는 최외층과, 상기 최외층에 대하여 내측에 인접하는 도전성 단극식의 내부 전극층과, 상기 내부 전극층에 대하여 내측에 인접하는 절연층을 구비하고 있고,
   상기 냉각롤은 상기 내부 전극층에 소정의 전압을 인가할 수 있도록 구성되고,
   상기 최외층은, 산화티탄을 5∼17중량% 함유하는 산화알루미늄계 세라믹스로 이루어지고, 상기 최외층의 체적 고유 저항치가 25∼100℃에 있어서 10⁷∼10¹³Ω㎝이며,
   상기 냉각롤은 상기 내부 전극층에 상기 소정의 전압이 인가된 상태에 있어서, 상기 최외층에 접촉한 상기 수지 시트를 상기 최외층에 밀착시키는 정전기력을 발생시키는 것이 가능하고,
   상기 정전기력이 존슨·라벡 효과에 근거하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 시트 제조용 냉각롤.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 절연층, 상기 내부 전극층, 및 상기 최외층 중 적어도 1개는 용사법에 의해 형성되어 있는 소재이거나, 무기질계 또는 유기질계 중 어느 하나의 바인더를 사용한 소재인 냉각롤.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연층, 상기 내부 전극층, 및 상기 최외층 중 적어도 1개는 봉공 처리가 실시되어 있는 냉각롤.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 최외층의 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.01㎛∼0.3㎛인 냉각롤.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 최외층의 두께가 50∼500㎛인 냉각롤.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 최외층의 체적 고유 저항치는 그 온도 변화의 비율(R100/R25)이 0.1∼1.0인 실질적으로 비감온성인 냉각롤.
   [여기에서, 체적 고유 저항치의 온도 변화의 비율(R100/R25)이란, 25℃의 온도의 체적 고유 저항치(R25)에 대한 100℃의 온도의 체적 고유 저항치(R100)의 비율(R100/R25)을 말한다.]
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연층의 체적 고유 저항치가 10¹³Ω㎝ 이상인 냉각롤.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연층의 두께가 50∼500㎛인 냉각롤.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연층이 산화알루미늄계, 산화티탄을 2∼4중량% 함유한 산화알루미늄계, 산화마그네슘계, 산화베릴륨계, 질화알루미늄계, 또는 질화규소계의 세라믹스 재료, 자기, 및 법랑에서 선택된 적어도 1개의 고절연 재료를 포함하는 냉각롤.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 전극층이 텅스텐 또는 몰리브덴을 포함하는 도전성 재료로 이루어지는 냉각롤.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 전극층의 두께가 5∼50㎛인 냉각롤.
12. 용융시킨 열가소성 수지로 이루어지는 체적 고유 저항치가 10⁹Ω㎝ 이하인 수지 시트를, 어스 접속 상태에 있는 구금으로부터 연속 회전 상태에 있는 냉각롤 표면으로 연속적으로 압출하는 공정과, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤 표면에 밀착시키고 회전 이송하면서 냉각 고화시키는 공정과, 냉각 고화한 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 연속적으로 박리하는 공정을 구비한 열가소성 수지 시트의 제조 방법으로서,
    상기 냉각롤이 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 냉각롤이고,
    상기 내부 전극층에 소정의 직류 전압을 인가하면서, 상기 수지 시트를 상기 냉각롤에 밀착시키고, 또한 냉각 고화 후의 상기 수지 시트를 상기 냉각롤로부터 박리하는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 전극층에 상기 직류 전압을 인가함으로써, 상기 최외층의 표면을 대전시키고, 상기 최외층과 상기 수지 시트가 접촉하고 있는 미소 접점에 미소 전류가 흐름과 아울러, 상기 최외층과 상기 수지 시트 사이의 미소 간극을 통해서 대향하는 상기 최외층 및 상기 수지 시트의 각각의 면에 역극성의 전하가 유기되고, 상기 역극성의 전하에 기인하는 정전기력에 의해 상기 수지 시트를 상기 냉각롤에 밀착시키는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 수지 시트의 상기 냉각롤에 대한 밀착력은, 존슨·라벡력에 기인하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 수지 시트가 상기 냉각롤에 착지하는 지점을 포함하는 공간의 습도를 40RH% 이하로 제어하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 전극층에 인가하는 상기 직류 전압과는 역극성의 전하를, 상기 수지 시트의 상기 냉각롤에 밀착하는 면과는 반대인 에어면에 인가하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
17. 제 12 항에 있어서,
    상기 내부 전극층에 인가하는 직류 전압이 0.3∼6kV인 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
18. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각롤로부터 박리된 시점에서의 상기 수지 시트의 체적 고유 저항치가 10¹⁰Ω㎝ 이상인 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
19. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각롤의 표면을 통해서 상기 냉각롤 표면에 접촉한 상기 수지 시트에 흐르는 미소 전류가, 냉각롤과 상기 수지 시트의 접촉 면적 전체면에 있어서 단위면적당 0.005∼6μA/㎠인 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
20. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각롤로부터 박리한 상기 수지 시트를, 접지된 금속제 박리롤을 통과시키는 공정을 더 구비하고, 상기 금속제 박리롤을 통과한 후의 상기 수지 시트는 대전하여 있지 않은 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
21. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가 폴리아미드계 수지, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 비누화물계 수지, 또는 폴리에스테르계 수지인 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
22. 제 12 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가, 첨가제로서 카본, 금속, 도전성 화합물, 대전방지제, 또는 금속염을 포함하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.
23. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각롤로부터 박리된 상기 수지 시트를 1축 방향으로 연신, 2축 방향으로 연신, 에이징 처리, 또는 열처리를 실시하는 열가소성 수지 시트의 제조 방법.

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