JP3194904B2 - シート・フィルムの成形用ロール装置 - Google Patents
シート・フィルムの成形用ロール装置Info
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Description
出成形シートやフィルムの単材、シート類同士、紙や繊
維などの複合材を挟圧成形して冷却し、シート製品やフ
ィルム製品、ラミネート製品を製造するシート・フィル
ムの成形用ロール装置に関する。
は、図11に示す金属ロール挟圧成形法と図12に示す
ゴムロール挟圧成形法がある。
Tダイ2を介して互いに平行に配置された主ロール3と
押さえロール4上にシート状の溶融樹脂1が供給され、
両ロール3,4に挟圧され主ロール3の表面に巻き付け
られつつ、正確な厚み寸法およびロール3,4表面の鏡
面またはエンボス模様が転写成形される。これらロール
3,4は、多くの場合、径が200〜500mmで肉厚
が15〜30mmと剛性の高い金属ロールにより構成さ
れ、ロール3,4の中空部に水やオイルなどの冷却流体
5が供給されて樹脂を適正な温度に冷却するように構成
されている。そして、剛性の高いロール3,4であるた
め、溶融樹脂シート1を挟圧してロール3,4の表面の
変形は無く、供給された溶融樹脂シートの余剰分がロー
ル3,4上に溜まるバンク1aが発生する。
ル14の本体14aの表面に円筒状ゴム14bを被覆し
たもので、低い挟圧力であっても押さえロール14の円
筒状ゴム14bは主ロール3の表面に沿って変形し、全
ての溶融樹脂シート1が挟圧部に送り込まれてバンク1
aが形成されることがない。
圧成形法において、バンク1aの量は、挟圧力および溶
融シートの厚みとロール間隔との差、溶融シート供給速
度とロール周速度との差、溶融樹脂の粘度と温度に依存
するが、シート・フィルムの厚みが小さくなるほど、少
なくする必要があり、溶融樹脂が許容する以上にバンク
量を多くすると、製品の表面にバンクマークと呼ばれる
横波状の凹凸模様が発生して製品不良となる。なお、こ
のバンク量を適正に許容範囲内で保持することで、緩衝
作用となって挟圧部で良好に密着し、鏡面やエンボス模
様が良好に転写される。
には、挟圧部で樹脂シートに歪みが付与され、この歪み
は、樹脂の弾性性質により左右されるが、ロール挟圧力
やバンク量、溶融シートとロール温度差が大きいと比例
して大きくなる傾向にある。
光の乱反射や複屈折現象を起こすために、光学的用途た
とえば液晶などの表示装置には使用できず、また経時的
に歪みが回復するために変形が生じ、初期形状を保持で
きないため文具類などに適用できないという問題があっ
た。また成形厚も約0.3mmまでが限度である。
は、バンクを形成することなく成形できるため、残留歪
みが生じないが、押さえロール14のゴム面では、金属
ロールのような鏡面が得られず、またゴムの熱伝導率が
低いため高速成形ができない。さらにゴムが許容する挟
圧力が小さいため、エンボス模様の十分な転写ができ
ず、さらにゴムの寿命が短いなどの問題があった。
みがなく、鏡面やエンボス模様の転写も高精度で行える
シート・フィルムの成形用ロール装置を提供することを
目的とする。
に請求項1記載の発明は、押出成形機から押出されるシ
ート状溶融樹脂を主ロールと押さえロール間に導入して
挟圧成形するシート・フィルムの成形用ロール装置であ
って、主ロールを高剛性の金属ロールにより構成し、押
さえロールを、可撓性を有する薄肉金属外筒と、冷却流
体の流送空間をあけてこの薄肉金属外筒に同一軸心状に
内嵌される高剛性の金属内筒とからなる二重筒により構
成し、前記薄肉金属外筒の肉厚/ロール半径≦0.03
としたものである。
形を利用して、ゴムロール挟圧成形法と同様に主ロール
への接触長さを確保することができ、これによりバンク
のない挟圧成形を可能にして残留歪みがなく光の乱反射
や複屈折現象のない光学的に優れた樹脂フィルム・シー
トを製造することができる。また表面、裏面とも金属面
で挟圧されるので、鏡面およびエンボス模様の転写も高
精度で行える。さらに、薄肉金属外筒の内部に冷却流体
の流送空間を介して金属内筒を配置したので、薄肉金属
外筒の可撓性を保持しつつ押さえロールの強度を確保す
ることができる。さらにまた、厚みの薄い薄肉金属外筒
により急速冷却が可能となり、従来法では不可能であっ
た樹脂の薄肉でかつ鏡面透明で残留歪みがない樹脂フィ
ルム・シートの製造が実現できる。
さえロールを、薄肉金属外筒の中央部の外径が両端部の
外径より大きい太鼓形に形成したものである。上記構成
によれば、中央部の外径を両端部の外径より大きくする
クラウニングを行うことにより、端部の低可撓性に起因
して、挟圧負荷が大きくなるに従って薄肉金属外筒が凹
状(鼓型)に変形するのを防止でき、樹脂フィルム・シ
ートが中央部で厚肉化するのを防止することができる。
ルの薄肉金属外筒の両端部近傍に、肉厚を減少させる薄
肉厚部を周方向にわたってそれぞれ形成したものであ
る。上記構成によれば、薄肉厚部により、薄肉金属外筒
の両端部で可撓性を向上させることができるので、挟圧
負荷が大きくなるに従って薄肉金属外筒が凹状(鼓形)
に変形するのを防止でき、樹脂フィルム・シートが中央
部で厚肉化するのを防止することができる。
成形装置の実施の形態を図1〜図10に基づいて説明す
る。
置21を備えたシート・フィルム押出成形装置は、架台
22上に押出機23が配置され、原料ホッパー24から
供給された熱可塑性樹脂原料を押出機23で加熱混練
し、樹脂出口23aに配置されたTダイ25からシート
状溶融樹脂を水平ロール成形装置21に供給するもので
ある。この水平ロール成形装置21は、Tダイ25から
シート状溶融樹脂を受取る主ロール(第1チルロール)
26および押さえロール27と、主ロール26からの製
品シート28をさらに成形する第2チルロール29と、
第2チルロール29から製品シート28を送り出す複数
のガイドローラ30とで構成されている。
従来と同様の剛性ロールで、肉厚が20〜30mm程度
の継ぎ目無し鋼管製で表面が鏡面またはエンボス凹凸模
様などに仕上げられており、内部にロール温度を成形樹
脂材質に合わせてコントロールできる冷却流体(水やオ
イルなど)の流送空間が形成されている。
すように、可撓性を有する継ぎ目無しステンレス鋼管製
の薄肉金属外筒31と、冷却流体(水やオイルなど)3
2の流送空間33をあけてこの薄肉金属外筒31に同一
軸心状に内嵌される高剛性の金属内筒34とからなる二
重筒に構成されている。
転軸41A,41Bに外筒支持フランジ42A,42B
が取付けられ、これら両外筒支持フランジ42A,42
Bの外周部間に薄肉金属外筒31が取付けられている。
また、一方の回転軸41Aの軸心部に形成されて流体戻
り通路44を形成する流体排出孔43内に、流体供給管
45が同一軸心状に配設され、この流体供給管45が薄
肉金属外筒31内の軸心部に配置された流体軸筒46に
接続固定されている。この流体軸筒46の両端部に内筒
支持フランジ47a,47bがそれぞれ取り付けられ、
これら内筒支持フランジ47a,47bの外周部間から
他端側外筒支持フランジ42Bにわたって約15〜20
mm程度の肉厚を有する金属内筒34が取付けられてい
る。そしてこの金属内筒34と薄肉金属外筒31との間
に、たとえば10mm程度の冷却流体の流送空間33が
形成され、また金属内筒34に両端部近傍には、流送空
間33と内筒支持フランジ47a,47b外側の中間通
路48A,48Bとを連通する流出口34aおよび流入
口34bがそれぞれ形成されている。
体供給管45に供給された冷却流体は流体軸筒46に送
られ、流体軸筒46の他端側開口部46aから中間通路
48Bおよび流入口34bを介して流送空間33に送り
出し、金属内筒34の一端側の流出口34aから中間通
路48Aを介して流体戻り通路44およびロータリジョ
イント49に送り出すように構成される。
柔軟性と可撓性、復元性をもたせるために、弾性力学の
薄肉円筒理論が適用できる範囲内で薄肉化が図られてい
る。この薄肉円筒理論で評価される可撓性は、肉厚:t
/r:ロール半径で表わされており、t/rが小さいほ
ど可撓性が高まる。この押さえロール27では可撓性が
t/r≦0.03の場合に最適の条件となる。通常、一
般的に使用されている押さえロールは、ロール径:R=
200〜500mm(ロール半径r=R/2)、ロール
有効幅:L=500〜1600mmで、r/L<1で横
長の形状である。そして図6に示すように、たとえばロ
ール径:R=300mm、ロール有効幅:L=1200
mmの場合、肉厚tの適正範囲は150×0.03=
4.5mm以下であるが、溶融シート幅を1000mm
に対して平均線圧を10kg/cmで挟圧する場合、同
一形状のゴムロールと比較して、薄肉金属外筒31の肉
厚を3mmとすることで相当ばね定数も等しく、また薄
肉金属外筒4の接触長さ:kも約9mmで、このゴムロ
ールの接触長さ約12mmとほぼ近い値を示し、同じよ
うな条件下で挟圧できることがわかる。なお、この接触
長さ:kにおけるたわみ量は0.05〜0.1mm程度
である。
的なロール径:R=200〜500mm(ロール半径r
=R/2)の場合では、特に2mm≦t≦5mmの範囲
とすると、可撓性も十分に得られ、また機械加工による
薄肉化も容易(肉厚が2mm以下では加工時の弾性変形
で高精度な加工ができない)に実施でき、極めて実用的
な範囲となる。
的なロール径に対して0.008≦t/r≦0.05と
なるが、実用にあたってはt/r≒0.03の条件下で
ロール径に比例して肉厚も大きくするとよい。たとえば
ロール径:R=200ではt=2〜3mm、ロール径:
R=500ではt=4〜5mmの範囲で選択する。
筒支持フランジ42A,42Bに支持されて可撓性が低
いため、製品シート28の厚み精度が低下するおそれが
ある。このため、図3に示すように、ロール遊び幅ΔL
=(ロール全幅Lo−ロール有効幅L)/2を、従来の
金属ロールに対して2倍の値に設定している。なお、こ
のロール遊び幅ΔLは約200mm(従来の金属ロール
は約100mm)程度である。図3中でL1は従来の金
属ロールのロール全幅Loを示す。
することで可撓性は高くなるが、主ロール26と押さえ
ロール27との挟圧力を高めてゆくと、両端部の可撓性
が低いため、押さえロール27は中央部から端部にかけ
て凹状に湾曲し、製品シート28の厚みが中央部ほど厚
くなり、極端な場合には両端部で主ロール26と押さえ
ロール27とが接触するおそれがある。
態では、薄肉金属外筒31の中央部の外径が両端部の外
径よりもクラウニング量:Cだけ大きい太鼓形に形成さ
れている。これにより製品シート28の中央部の厚肉化
を防止できる。図3では誇張して表わしており、溶融樹
脂特性にもよるが、このクラウニング量:Cは0.05
〜0.2mmの範囲で十分な補正効果が得られる。
伴って太鼓形になるのを防止する別の手段として、図4
に示すように、端部近傍に肉厚:tを減肉量:hだけ減
少させる薄肉厚部である溝部51が周方向にわたってそ
れぞれ形成されている。この溝部51により、薄肉金属
外筒31の両端部の可撓性を高めることができ、製品シ
ート28の端部の薄肉部分を挟圧せず、また主ロール2
6と押さえロール27との端部接触を防止することがで
きる。ここで、溝部51における減肉量:hの適正範囲
は、厚さtに対して70%〜50%の範囲で、この範囲
を越えると可撓性の向上が少なく、この範囲以下では薄
肉金属外筒31の強度が不足するためである。また、こ
の溝部51の形成位置は、外筒支持フランジ42に緩衝
しない位置で、ロール幅Loの押さえロール27で端面
から100mm〜150mm、また溝部51の幅は50
mm〜100mmの範囲で、この範囲を越えると適正な
可撓性が得られないためである。
いる。ロール有効幅:L=1000mmで、肉圧:t=
4mmの押さえロール27に、減肉量:h=2mmの溝
部51を形成した場合と、溝部のないフラットロールの
場合に、それぞれ線圧10kg/cmを負荷した時の線
圧分布と変位量を示している。この解析結果によれば、
溝部51を有するロールは、フラットロールに比べて、
変位量からシート厚み分布の平坦化が向上され、またロ
ール端部での線圧の上昇率が低い。したがって、この溝
部51により、製品シート28の厚みの均一化が向上さ
れる。また主ロール26と押さえロール27との端部接
触を防止することもできる。
の表面側に形成したが裏面側でもよく、両面でもよい。
また視覚的に明確な溝形状とならなくても薄肉状に形成
されていればよい。
は、それぞれ単独でもよいが、両方を組み合わせること
により、押さえロール27の湾曲による悪影響をより効
果的に排除することができる。
R社製、商品名「アートン」、ガラス転位温度180
℃)を120℃で1時間除湿乾燥した後、単軸押出機
(口径65mm、L/D=32)にTダイ(有効幅10
00mm、リップ間隔1mm)を取付け、本発明に係る
二重押さえロール(薄肉金属外筒厚み4mm、クラウニ
ング加工および溝部加工付)を有する図5の水平3本ロ
ール方式と、従来の剛性金属ロールを有する縦型3本ロ
ール方式とでシートを成形した結果を図8に示す。ま
た、ここで使用されたロールの寸法などを図9に示す。
方式とでは、表面性および透明性は同様であるが、残留
歪みの有無に顕著な差があらわれており、本発明方式で
成形したシートは、ほとんど無歪みレベルであり、十分
に光学用途に使用可能であった。なお、挟圧線圧を7k
g/cmで同じ実験を実施したが、表面性および透明性
と、残留歪みの有無は変わりなかった。
相重合PET樹脂の未乾燥品を用い、2ベント同方向回
転2軸押出機(口径57mm、L/D=40)にTダイ
(有効幅:1000mm、リップ間隔0.8mm)を取
付け、本発明の二重押さえロール(薄肉金属外筒厚み4
mm、クラウニング加工および溝部加工なし)を有する
ロール成形装置により、A−PETフィルムを成形した
結果を図10に示す。
ると、透明となる性質を有しており、従来の厚肉金属ロ
ールによる冷却能力では、厚さが0.2mm以下の薄肉
シート・フィルムの挟圧成形は極めてむずかしいもので
あった。しかし、本発明の二重押さえロール27を使用
することにより、厚さ0.14mmの薄肉鏡面で残留歪
みのない透明フィルム製品を製造することができた。し
たがって、本発明品の押さえロール27は、残留歪みの
除去低減だけでなく、薄肉金属外筒31の厚みが小さい
ために溶融樹脂を均一に急速冷却することが可能とな
り、樹脂を急速に冷却して残留歪みがなく透明の薄肉フ
ィルム・シートを良好に成形することができることが判
明した。なお、ここでPET樹脂を例示したが、ポリカ
ーボネイド(PC)などの樹脂でも、急速冷却による薄
肉鏡面で残留歪みのないフィルム製品を製造することが
できる。
1の肉厚/ロール半径≦0.03となる範囲で得られる
弾性変形を利用して、ゴムロール挟圧成形法と同様の相
当ばね定数と挟圧部の接触長さを得ることで、バンクの
ない状態で溶融樹脂を挟圧成形することができ、残留歪
みがなく光学用途に適した樹脂フィルム・シートを製造
することができる。また得られた成形樹脂フィルム・シ
ートは、ゴムロール挟圧成形法に比較して、金属ロール
挟圧成形法と同様の鏡面およびエンボス模様の転写が可
能になるとともに、ロール表面への粘着や短寿命などの
問題が生じることがない。さらに、薄肉金属外筒31に
より急速冷却を行えるため、高速成形が可能となり、金
属ロール挟圧成形法よりもさらに急冷ができるため、金
属ロール挟圧成形法で不可能な薄肉の樹脂シート・フィ
ルムであっても、残留歪みのない薄肉で鏡面の高速成形
が可能となる。
端部の外径よりもクラウニング量:C=0.05〜0.
2mmの範囲で大きい太鼓形に形成したので、薄肉金属
外筒31が挟圧力の増大に伴って湾曲状に凹むのを防止
できて、製品シート28の中央部の厚肉化を防止でき
る。
厚:tを減肉量:hだけ減少させる溝部51を周方向に
それぞれ形成することにより、薄肉金属外筒31の両端
部の可撓性を高めて、薄肉金属外筒31が挟圧力の増大
に伴って太鼓形になるのを防止することができ、これに
より製品シート28の端部の厚み不均一部分を挟圧せ
ず、また主ロール26と押さえロール27との端部接触
を防止することができる。
載の発明によれば、薄肉金属外筒の弾性変形を利用し
て、ゴムロール挟圧成形法と同様に主ロールへの接触長
さを確保することができ、これによりバンクのない挟圧
成形を可能にして残留歪みがなく光の乱反射や複屈折現
象のない光学的に優れた樹脂フィルム・シートを製造す
ることができる。また表面、裏面とも金属面で挟圧され
るので、鏡面およびエンボス模様の転写も高精度で行え
る。さらに、薄肉金属外筒の内部に冷却流体の流送空間
を介して金属内筒を配置したので、薄肉金属外筒の可撓
性を保持しつつ押さえロールの強度を確保することがで
きる。さらにまた、厚みの薄い薄肉金属外筒により急速
冷却が可能となり、従来法では不可能であった樹脂の薄
肉でかつ鏡面透明で残留歪みがない樹脂フィルム・シー
トの製造が実現できる。
の外径を両端部の外径より大きくするクラウニングを行
うことにより、端部の低可撓性に起因して、挟圧負荷が
大きくなるに従って薄肉金属外筒が凹状(鼓型)に変形
するのを防止でき、樹脂フィルム・シートが中央部で厚
肉化するのを防止することができる。
厚部により、薄肉金属外筒の両端部で可撓性を向上させ
ることができるので、挟圧負荷が大きくなるに従って薄
肉金属外筒が凹状(鼓形)に変形するのを防止でき、樹
脂フィルム・シートが中央部で厚肉化するのを防止する
ことができる。
を示すロールの横断面図である。
ム押出成形装置の全体構成図である。
比較した図表である。
量と線圧の変化を示すグラフである。
形結果を示す図表である。
ルの詳細を示す図表である。
結果を示す図表である。
ある。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】押出成形機から押出されるシート状溶融樹
脂を主ロールと押さえロール間に導入して挟圧成形する
シート・フィルムの成形用ロール装置であって、 主ロールを高剛性の金属ロールにより構成し、 押さえロールを、可撓性を有する薄肉金属外筒と、冷却
流体の流送空間をあけてこの薄肉金属外筒に同一軸心状
に内嵌される高剛性の金属内筒とからなる二重筒により
構成し、 前記薄肉金属外筒の肉厚/ロール半径≦0.03とした
ことを特徴とするシート・フィルムの成形用ロール装
置。 - 【請求項2】押さえロールを、薄肉金属外筒の中央部の
外径が両端部の外径より大きい太鼓形に形成したことを
特徴とする請求項1記載のシート・フィルムの成形用ロ
ール装置。 - 【請求項3】押さえロールの薄肉金属外筒の両端部近傍
に、肉厚を減少させる薄肉厚部を周方向にわたってそれ
ぞれ形成したことを特徴とする請求項1または2記載の
シート・フィルムの成形用ロール装置。
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JP04088898A JP3194904B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | シート・フィルムの成形用ロール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP04088898A JP3194904B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | シート・フィルムの成形用ロール装置 |
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JPH11235747A JPH11235747A (ja) | 1999-08-31 |
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ID=12593063
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JP04088898A Expired - Lifetime JP3194904B2 (ja) | 1998-02-24 | 1998-02-24 | シート・フィルムの成形用ロール装置 |
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