JP4610546B2

JP4610546B2 - シート・フィルム成形ロール、シート・フィルムキャスティング装置および微細パターン転写装置

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Publication number: JP4610546B2
Application number: JP2006333471A
Authority: JP
Inventors: 孝義佐野; 大地湯川
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2011-01-12
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Description

この発明は、シート・フィルム成形ロール、シート・フィルムキャスティング装置および微細パターン転写装置に関し、特に、ロール円周方向にロール表面温度差を有する温調のシート・フィルム成形ロールに関するものである。

ロール円周方向にロール表面温度差を有する温調のシート・フィルム成形ロールとして、非回転的に配設された内円筒と、前記内円筒と同心的に配設された回転可能な外円筒と、前記内円筒の外周面と前記外円筒の内周面との間隙によって形成された環状の媒体流通路と、それぞれが前記内円筒の軸方向に延びて前記環状の媒体流通路を周方向に遮断し、前記媒体流通路を複数の小媒体流通路に分割している複数の仕切り部材と、それぞれが前記各小媒体流通路につながるように、前記内円筒の円周方向において異なる位置で前記内円筒の軸に沿って前記内円筒の肉部に穿設された複数のスリット状の媒体流入口と、それぞれが前記各小媒体流通路につながるように、前記内円筒の円周方向において異なる位置で前記内円筒の軸に沿って前記内円筒の肉部に穿設された複数のスリット状の媒体流出口とを有するものがある。
特開２００６−２５６１５９号公報

回転するシート・フィルム成形ロールにおいて、ロール表面温度をロール円周方向に分割された温調ゾーン毎に明確に異なるものにするために、外円筒（外筒）を熱容量が小さい薄肉構造とする必要がある。

このことに対して、上述した従来のシート・フィルム成形ロールは、ピーニング成形、エアチャンバ成形等、外筒に大きい押圧力が作用しない成形法によるシート・フィルムキャスティング等に用いることはできるが、タッチロール式のように、タッチロールによって樹脂をロール表面に押し付ける場合、外筒を熱容量が小さい薄肉構造にすると、外筒が変形し、充分な押付力が得られず、正しいキャスティングを行うことができない。

また、従来のシート・フィルム成形ロールでは、温度差を与えるべき媒体流通路（熱媒体室）間で、熱媒体が短絡漏洩し、各媒体流通路の個別の温度設定を適正に行うことが難しい。

この発明が解決しようとする課題は、タッチロール式のキャスティングや微細パターン転写に適用でき、各熱媒体室の個別の温度設定を適正に行うことができるロール円周方向にロール表面温度差を有する温調のシート・フィルム成形ロールを提供することである。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、軸受部材により回転可能に支持された中心回転軸と、前記中心回転軸の軸線方向に離れた二つの位置において各々同心配置された回転しない固定端板と、両端を前記固定端板により前記中心回転軸と同心に回転可能に支持された金属薄膜製の外筒と、両端を固定端板により回転可能に支持され、前記中心回転軸の外周面に摺接すると共に、前記外筒の内周面に摺接する複数個の転動ラバーロールとを有し、前記転動ラバーロールは前記外筒と前記中心回転軸との間の円環状の空間を円周方向に複数個の熱媒体室に区分しており、その複数個の熱媒体室の各々に熱媒体が個別に流通するよう構成されている。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、前記外筒の軸線方向幅のほぼ全域に多数の熱媒体噴出孔を有する熱媒体給排機構が各熱媒体室毎に設けられている。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、さらに、前記転動ラバーロールは中空ロールで、ロール内空間に、ロータリジョイントによって油圧が供給され、ロール内空間の圧力を可変設定できる。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、好ましくは、さらに、前記外筒の軸線方向の両端部に各々外筒回転駆動部材が設けられている。

この発明によるシート・フィルムキャスティング装置は、上述の発明によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置である。

この発明による微細パターン転写装置は、上述の発明によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したものである。

この発明によるシート・フィルム成形ロールは、転動ラバーロールが外筒と中心回転軸との間の円環状の空間を円周方向に複数個の熱媒体室に区分し、転動ラバーロールが外筒のバックアップローラとして作用するから、ロール表面温度をロール円周方向に分割された温調ゾーン毎に明確に異なるものにするために、外筒を熱容量が小さい薄肉構造にしても、タッチロール式のキャスティング等において外筒が変形することがなく、充分な押付力が得られ、タッチロール式のキャスティング等を、適切に行うことができる。

この発明によるシート・フィルム成形ロールの一つの実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。

シート・フィルム成形ロール１０は、図１〜図３に示されているように、中心回転軸２０と、外筒（薄肉スリーブ）４０と、４個の転動ラバーロール７０と、４個の熱媒体給排機構１００とを有する。

中心回転軸２０は、端部２１、２２を、フィルム成形機の操作側軸受部２３、駆動側軸受部２４により各々軸受部材２５、２６を介して回転可能に支持されている。中心回転軸２０の端部２２の側には、中心回転軸２０を回転駆動するためのタイミングプーリ２７が取り付けられている。タイミングプーリ２７は、図示されていないタイミングベルト等によって電動機（図示省略）と駆動連結され、電動機によって回転駆動される。

中心回転軸２０は、軸線方向（図１、図２で見て左右方向）に離れた二つの位置において、円盤状の操作側端板２８と駆動側端板２９を、各々ボール軸受３０、３１を介して支持している。操作側端板２８、駆動側端板２９は、回転しない固定端板であり、図示されていない連結部材等によって操作側軸受部２３、駆動側軸受部２４に固定連結され、中心回転軸２０上に回転不能状態で同心配置されている。ここで云う同心配置とは、操作側軸受部２３、駆動側軸受部２４の外周面が中心回転軸２０と同心であることを意味する。

外筒４０は、ステンレス鋼等の金属薄膜製の円筒体であり、弾性変形可能で、可撓性を有する薄肉構造になっている。外筒４０の左右両端部には円環状の箍（たが）部材４１、４２によって円環状の端部剛性部材４３、４４が固定装着されている。端部剛性部材４３、４４は、操作側端板２８、駆動側端板２９の外周部に軸受固定リング４５、４６を介して取り付けられたボール軸受４７、４８によって操作側端板２８、駆動側端板２９により回転可能に支持されている。これにより、外筒４０は、中心回転軸２０と同心配置で、中心回転軸２０の中心軸線周りに回転可能である。

箍（たが）部材４１、４２を用いた外筒４０と端部剛性部材４３、４４との接続構造の詳細を、図４を参照して説明する。左側の端部剛性部材４３と外筒４０との接続構造と、右側の端部剛性部材４４と外筒４０との接続構造は、左右対称で同一構造であるから、図４では右側の接続構造について図示し、左側の接続構造については、対応部分を同一の符号を付して図示を省略する。

端部剛性部材４３、４４は、各々、外筒４０の両軸端部において外筒４０の内側に挿入嵌合されている。端部剛性部材４３、４４が外筒４０の内周面に嵌合する外周部分には幅広の凹溝（周溝）４９、５０が形成されている。凹溝４９、５０にはゴム状弾性体製のＯリング５１、５２が嵌め込み装着されている。

凹溝４９、５０は、深さが自由寸法状態でのＯリング５１、５２の線径に等しいか、それより大きく（一般的な規定値より０．０５〜０．３ｍｍ程度深い）、幅寸法がＯリング５１、５２の線径より十分に広い（線径の２〜２．５倍程度）幅広のＯリング溝として構成されている。自由寸法状態とは、Ｏリング５１、５２が弾性変形していない状態を云う。

凹溝４９、５０にはＯリング５１、５２の横幅方向に隣接して金属製のカラー部材５３、５４が配置されている。カラー部材５３、５４は、凹溝４９、５０に嵌め込むために、少なくとも２分割されており、Ｏリング５１、５２より端部剛性部材４３、４４の外側（右側の端部剛性部材４４の凹溝５０ではＯリング５２より右側）に隣接配置され、凹溝４９、５０内において軸線方向（左右方向）に移動可能になっている。凹溝４９、５０に装着されたカラー部材５３、５４の外径は、端部剛性部材４３、４４の外径に等しいか、それより小さい寸法に設定されている。

端部剛性部材４３、４４には、端部剛性部材４３、４４の外側端面より凹溝４９、５０の溝側壁面に開口したねじ孔５５、５６が貫通形成されている。ねじ孔５５、５６は、端部剛性部材４３、４４の円周廻りに複数個設けられており、その各々にねじ部材５７、５８がねじ係合している。ねじ部材５７、５８は先端にてカラー部材５３、５４の側面に当接し、ねじ込み量に応じてカラー部材５３、５４をＯリング５１、５２に押し付ける。

外筒４０の両軸端部（凹溝４９、５０に対応する部位）の外周に、各々、金属製の剛体構造の箍（たが）部材４１、４２が嵌合装着されている。箍部材４１、４２は、外筒４０の外周に嵌め込まれて、外筒４０が拡径方向に膨らみ変形することを抑制する。

端部剛性部材４３、４４の取り付けに際しては、凹溝４９、５０に、Ｏリング５１、５２とカラー部材５３、５４を嵌め込み装着し、ねじ部材５７、５８を緩めた状態、つまり、カラー部材５３、５４をＯリング５１、５２に押し付けず、Ｏリング５１、５２が自由寸法状態にある状態で、且つ箍部材４１、４２を取り付けない状態で、端部剛性部材４３、４４を外筒４０の左右軸端の開口より外筒４０内に挿入する。

この挿入時には、Ｏリング５１、５２は自由寸法状態にあり、凹溝４９、５０の深さが自由寸法状態でのＯリング５１、５２の線径に等しいか、それより大きく、Ｏリング５１、５２の全てが凹溝４９、５０内に収められ、Ｏリング５１、５２が端部剛性部材４３、４４の外周面より外側にはみ出していないから、Ｏリング５１、５２が外筒４０の内周面に押し付けられることなく、低摩擦抵抗のもとに、端部剛性部材４３、４４を薄肉の外筒４０内に、円滑に楽に挿入することができる。また、このことにより、挿入作業時に、Ｏリング５１、５２に傷が付くことも回避される。

この挿入作業が、更に行い易く行われるよう、端部剛性部材４３、４４の外筒４０に対する挿入端側は、先細のテーパ外周面４３Ａ、４４Ａになっており、しかも、凹溝４９、５０が形成されているストレート外周面４３Ｂ、４４Ｂとテーパ外周面４３Ａ、４４Ａとの接続部４３Ｃ、４４ＣはＲ面になっている。

上述の挿入作業完了後に、箍部材４１、４２を外筒４０の両軸端部の外周に嵌合装着する。その後、ねじ部材５７、５８をねじ込み、カラー部材５３、５４をＯリング５１、５２に押し付け、Ｏリング５１、５２を弾性変形させる。Ｏリング５１、５２は、ねじ部材５７、５８のねじ込み量に応じて端部剛性部材４３、４４と外筒４０との間で圧縮状態で弾性変形する。Ｏリング５１、５２の弾性変形による反発力によって外筒４０が膨らみ変形することは箍部材４１、４２によって抑制される。

これにより、端部剛性部材４３、４４と外筒４０とが、Ｏリング５１、５２の弾性変形による反発力によって当該両者間に生じる摩擦抵抗によって、相対変位不能に、液密に連結接続される。これと同時に、外筒４０と箍部材４１、４２も、Ｏリング５１、５２の弾性変形による反発力によって当該両者間に生じる摩擦抵抗によって、相対変位不能に、連結接続される。

このように箍部材４１、４２によって外筒４０が膨らみ変形することが抑制された状態で、Ｏリング５１、５２が弾性変形していることにより、外筒４０と端部剛性部材４３、４４との液密接続の強度が安定し、Ｏリング５１、５２の弾性変形量を大きくして耐圧強度を高くすることもできる。このＯリング５１、５２の弾性変形量は、ねじ部材５７、５８ねじ込み量調整により、任意値に自由に設定することができる。

この接続構造では、上述した挿入作業と逆の作業を行うことにより、外筒４０と端部剛性部材４３、４４とを容易に分解することができ、保守性に優れたものになる。

図１〜図３に示されているように、４個の転動ラバーロール７０は、同一構造であり、各々、左右の軸端部材７１、７２と、左右の軸端部材７１、７２間に掛け渡されてこれらと一体の金属製円筒体７３と、金属製円筒体７３の外周に貼り付けられたゴム状弾性体製の円筒ラバー７４とにより中空円筒体として構成されている。

転動ラバーロール７０は、各々、軸端部材７１、７２に形成された支持軸部７５、７６をもってボール軸受７７、７８を介して操作側端板２８、駆動側端板端部２９により、自身の中心軸線周りに回転可能に支持されている。

４個の転動ラバーロール７０は、中心回転軸２０の中心軸線周りに等間隔に、９０度の回転角間隔をもって配置され、円筒ラバー７４をもって中心回転軸２０の外周面に摺接（圧接）している共に、外筒４０の内周面に摺接（圧接）している。

これにより、中心回転軸２０の回転が摩擦力によって各転動ラバーロール７０に伝達されて各転動ラバーロール７０が自身の中心軸線周りに回転する。そして、各転動ラバーロール７０の回転が摩擦力によって外筒４０に伝達され、外筒４０が中心回転軸２０の中心軸線周りに回転する。

なお、無負荷状態（シート・フィルム成形ロール１０の外筒４０にタッチロール等により外部より外力を与えられていない状態）では、転動ラバーロール７０は、中心回転軸２０や外筒４０と小さい隙間をもって接触していない設定もあり得る。

図３に示されているように、中心回転軸２０が時計廻り方向にモータ駆動される場合、各転動ラバーロール７０は反時計廻り方向に転動し、外筒４０が反時計廻り方向に回転する。

各転動ラバーロール７０の軸端部材７２には油圧供給孔８３が形成されている。油圧供給孔８３にはロール外部の油圧供給手段８４がロータリジョイント８２によって接続され、油圧供給孔８３は油圧供給手段８４よりの油圧をロール内空間８５に導入するようになっている。つまり、転動ラバーロール７０は、中空ロールで、ロール内空間に、ロータリジョイント８２によって油圧が供給され、ロール内空間の圧力を可変設定できる。

これにより、転動ラバーロール７０が回転（転動）していても、ロール内空間８５の内圧が油圧によって可変設定され、ロール内空間８５の内圧によって転動ラバーロール７０、金属製円筒体７３、円筒ラバー７４が太鼓状に膨らむ。これに応じて外筒４０も太鼓状に膨らみ、外筒４０にクラウニングが可変付与される。

中心回転軸２０と操作側端板２８、駆動側端板端部２９との間には、各々メカニカルシール部材５９、６０が装着されており、操作側端板２８、駆動側端板端部２９と端部剛性部材４３、４４との間は、各々メカニカルシール部材６１、６２が装着されている。また、操作側端板２８、駆動側端板端部２９と支持軸部７５、７６との間は、各々メカニカルシール部材８６、８７が装着されている。
これにより、操作側端板２８、駆動側端板２９、端部剛性部材４３、４４、外筒４０によって囲まれた外筒内空間は、その中心部を中心回転軸２０が貫通する形態で、液密構造になっている。外筒４０と中心回転軸２０との間の液密構造の円環状空間は、４個の転動ラバーロール７０によって中心回転軸２０ならびに外筒４０の円周方向に四分割され、隣接する転動ラバーロール７０間に、第１熱媒体室９１、第２熱媒体室９２、第３熱媒体室９３、第４熱媒体室９４が画定されている（図３参照）。

４個の熱媒体給排機構１００は、互いに同一構造のものであり、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各々に一つずつ固定配置されている。熱媒体給排機構１００は、各々、くの字形横断面の溝形部材１０１と、溝形部材１０１に溶接されて外筒４０の内周面に近接する円弧状板部材１０２とを有する。溝形部材１０１と円弧状板部材１０２は、外筒４０の軸線方向幅一杯に設けられており、円弧状板部材１０２には、ほぼ全域に多数の熱媒体噴出孔１０６が明けられている。換言すると、熱媒体噴出孔１０６は、外筒４０の軸線方向幅のほぼ全域に多数設けられている。

各熱媒体給排機構１００の溝形部材１０１と円弧状板部材１０２の連結体の両端は端板１０３、１０４に固定されている。端板１０３、１０４は、溝形部材１０１と円弧状板部材１０２の連結体の両端を閉じて連結体の内側に各熱媒体給排機構１００毎の熱媒体供給室１０５を画定している。

各熱媒体給排機構１００には熱媒体給排管１０７が設けられている。熱媒体給排管１０７は熱媒体供給室１０５内に固定配置され、両端が端板１０８、１０９および操作側端板２８、駆動側端板２９を貫通してロール外に突出している。熱媒体給排管１０７は軸線方向の中央部を仕切板１１０により仕切られ、駆動側端板２９の側が熱媒体供給通路１１１になっており、操作側端板２８の側が熱媒体排出通路１１２になっている。そして熱媒体給排管１０７の駆動側端板２９の側の端部が熱媒体入口１１３、操作側端板２８の側の端部が熱媒体出口１１４になっている。

熱媒体給排管１０７の熱媒体供給通路１１１部分には熱媒体供給室１０５に向けて開口した多数の熱媒体供給孔１１５が明けられている。熱媒体給排管１０７の熱媒体排出通路１１２部分には溝形部材１０１と共に熱媒体供給室１０５の外側（第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４）に向けて開口した多数の熱媒体排出孔１１６が明けられている。

この構造により、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各々において、熱媒体が、熱媒体入口１１３より熱媒体供給通路１１１に入り、これより熱媒体供給孔１１５を通って熱媒体供給室１０５に入り、熱媒体噴出孔１０６より外筒４０の内周面に向けて噴出し、熱媒体供給室１０５の外側に流れ、熱媒体排出孔１１６より熱媒体排出通路１１２に入り、熱媒体出口１１４より外部へ排出される。つまり、熱媒体が、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各熱媒体室毎に個別に独立して流通する。

これにより、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各々の熱媒体給排管１０７に供給する熱媒体の温度を個別に設定することにより、外筒４０の表面温度を、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各々に対応する帯状ゾーン毎に個別に設定することができる。換言すると、外筒４０の表面温度を、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４毎に、ロール回転方向の区分された温調ゾーンとして、個別に設定することができる。

第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４は、円筒ラバー７４をもって中心回転軸２０と外筒４０に接触する転動ラバーロール７０により区切られるから、シール効果が得られ、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の熱媒体室間を熱媒体が短絡漏洩することがない、あるいは極力避けられる。

このことにより、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４毎に得られる温調ゾーンの温度、さらには、外筒４０の表面温度を各温調ゾーン毎に高精度に的確に設定することが可能になる。

しかも、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４の各々において、外筒４０の軸線方向幅一杯に設けられている円弧状板部材１０２のほぼ全域に明けられた多数の熱媒体噴出孔１０６より温調された熱媒体が外筒４０の内周面に向けて噴出することにより、外筒４０の表面温度を、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４による各温調ゾーン毎に、ほぼ均一に設定することができる。

このことにより、各温調ゾーン毎の外筒４０の表面温度が、ロール軸線方向に勾配を持つことがなく、均一になる。

回転するシート・フィルム成形ロール１０において、各温調ゾーン毎の外筒４０の表面温度を明確に異なるものにするために、外筒４０を熱容量が小さい薄肉構造としても、外筒４０は、転動ラバーロール７０により裏当て金式にバックアップされるから、タッチロール式のシート・フィルムキャスティングや微細パターン転写において、タッチロールの配置位置を転動ラバーロール７０の配置位置に対応させることにより、外筒４０の肉厚を薄くしても、外筒４０の変形が抑えられて充分な押圧力を確保することができる。

これにより、タッチロール式のシート・フィルムキャスティングや微細パターン転写において、回転するシート・フィルム成形ロール１０の外筒４０の表面温度に、ロール円周方向に区分された各温調ゾーン毎に差を持たせることができる。

図５は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の一つの実施形態を示している。

本実施形態のシート・フィルムキャスティング装置は、シート・フィルム成形ロール１０の回転中心軸線周りの回転位相位置が互いに１８０度異なる水平配列の二つの転動ラバーロール７０の各々に対応して、つまり、ロール周方向で見て二つの転動ラバーロール７０の各々の配置位置と同じ配置位置に、タッチロール２１１、２１２が設けられている。

Ｔダイ２０１よりの溶融した熱可塑性樹脂は、下向きに、シート・フィルム成形ロール１０とタッチロール２１１との間に供給される。

この場合、タッチロール２１１の配置位置が熱可塑性樹脂のシート・フィルム成形ロール１０に対する接触開始位置になり、この接触開始位置は第１熱媒体室９１と第２熱媒体室９２との境界部に存在する。タッチロール２１２の配置位置が熱可塑性樹脂のシート・フィルム成形ロール１０よりの引き離し位置になり、この引き離し位置は第３熱媒体室９３と第４熱媒体室９４との境界部に存在する。

熱可塑性樹脂は、シート・フィルム成形ロール１０の回転に従って、シート・フィルム成形ロール１０のロール表面に接触した状態で、接触開始位置より引き離し位置へ向けて移動し、その間に、第２熱媒体室９２による温調ゾーン、第３熱媒体室９３による温調ゾーンを順に通過することにより、冷却され、固化する。

本実施形態では、シート・フィルム成形ロール１０の温度管理は、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が最も高く、第２熱媒体室９２、第３熱媒体室９３に向かうに従って、熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が低く、第４熱媒体室９４の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度より少し高めになるようにする。

外筒４０の表面温度は、第１〜第４熱媒体室９１、９２、９３、９４毎に得られる各温調ゾーンにおいて、第１〜第４熱媒体室９１〜９４の各々の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度にほぼ等しくものになる。

タッチロール２１１の表面温度は、第２熱媒体室９２による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しく、タッチロール２１２の表面温度は、第３熱媒体室９３による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しくなるように、温調する。

たとえば、Ｔダイ２０１より流出する溶融樹脂の温度を２７０℃とすると、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１６０℃、第２熱媒体室９２の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１３０℃、第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を８０℃、第４熱媒体室９４の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１００℃程度に設定する。

これにより、Ｔダイ２０１より流出する溶融樹脂のシート・フィルム成形ロール１０に対する接触開始位置のロール表面温度を、ロール周方向に温度差がない主ロールを用いる場合に比して、高めに設定し、樹脂とロール表面（外筒４０の表面）との密着性を充分に確保することができる。

そして、キャスティングされた樹脂（シート・フィルムＷ）がシート・フィルム成形ロール１０より引き離される引き離し位置近くのロール表面温度を、ロール周方向に温度差がない主ロールを用いる場合に比して、低めに設定する。これにより、樹脂の表面性を確保しつつ、樹脂を、結晶化温度付近のロール表面を急速に通過させ、樹脂をロール表面よりスムーズに引き離すことができる。これらのことにより、高品質のシート・フィルムＷをキャスティングすることができる。

図６は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の他の実施形態として、タッチロール２１１、２１２に加え、第２熱媒体室９２と第３熱媒体室９３との境界部に存在する転動ラバーロール７０に対応する位置に、もう一つのタッチロール２１３が設けられている。

この場合のシート・フィルム成形ロール１０のロール表面温度と接触開始位置のタッチロール２１１のロール表面温度は、図５に示されている実施形態のものと同じあってよく、タッチロール２１３のロール表面温度を第３熱媒体室９３の温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しくし、引き離し位置のタッチロール２１２のロール表面温度を第３熱媒体室９３の温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度より低く設定する。たとえば、第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が８０℃であれば、タッチロール２１２のロール表面温度を４０℃程度に設定する。

これにより、シート・フィルム成形ロール１０より引き離される樹脂の温度が低くなり、キャスティング過程での樹脂冷却が充分に行われ、樹脂をロール表面より、より一層スムーズに引き離すことができるようになる。

また、図７は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の他の実施形態として、シート・フィルム成形ロール１０の回転中心軸線周りの回転位相位置が互いに９０度異なる水平配列の二つの転動ラバーロール７０の各々に対応して、タッチロール２１１、２１３が設けられている。

この場合、接触開始位置は、上述の実施形態と同じであるが、タッチロール２１３の配置位置が熱可塑性樹脂のシート・フィルム成形ロール１０よりの引き離し位置になり、この引き離し位置は、第２熱媒体室９２と第３熱媒体室９３との境界部に存在することになる。

本実施形態では、シート・フィルム成形ロール１０の温度管理は、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が最も高く、第２熱媒体室９２、第３熱媒体室９３に向かうに従って、熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が低くなるようにし、第４熱媒体室９４に関しては、特に、温度管理を行わない。

たとえば、Ｔダイ２０１より流出する溶融樹脂の温度を２７０℃とすると、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１３０℃、第２熱媒体室９２の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を９０℃、第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を４０℃、タッチロール２１１のロール表面温度を９０℃、タッチロール２１３のロール表面温度を４０℃程度に設定する。

本実施形態では、前述の実施形態より、樹脂冷却が急激に行われる。従って、急冷に適した熱可塑性樹脂のシート・フィルムのキャスティングに適している。

シート・フィルム成形ロール１０より引き離れたシート・フィルムＷは、案内ローラ２１３に案内されて次工程へ移動する。

図８は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用した微細パターン転写装置の一つの実施形態を示している。

微細パターン転写装置は、熱可塑性樹脂によるシート・フィルムＷを再加熱してシート・フィルムＷの表面にエンボス等の微細パターンを転写賦形するものである。このため、微細パターン転写装置に用いられるシート・フィルム成形ロール１０は、外筒４０の表面に、シート・フィルムＷに転写すべき微細パターンと補形をなす微細パターンが形成されている。

本実施形態の微細パターン転写装置は、シート・フィルム成形ロール１０の回転中心軸線周りの回転位相位置が互いに１８０度異なる水平配列の二つの転動ラバーロール７０の各々に対応して、つまり、ロール周方向で見て二つの転動ラバーロール７０の各々の配置位置と同じ配置位置に、タッチロール２２１、２２２が設けられている。

シート・フィルムＷは、案内ロール２３２に案内されてシート・フィルム成形ロール１０のロール表面に対して送り込まれ、シート・フィルム成形ロール１０のロール表面に巻き付くようにして送られ、タッチロール２２１の配置位置が転写開始位置になり、この接触開始位置は第１熱媒体室９１と第２熱媒体室９２との境界部に存在する。タッチロール２２２の配置位置が熱可塑性樹脂のシート・フィルム成形ロール１０よりの引き離し位置になり、この引き離し位置は第３熱媒体室９３と第４熱媒体室９４との境界部に存在する。

タッチロール２２１の表面温度は、第２熱媒体室９２による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しく、タッチロール２２２の表面温度は、第３熱媒体室９３による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しくなるように、温調する。

たとえば、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１６０℃、第２熱媒体室９２の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１３０℃、第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を８０℃、第４熱媒体室９４の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度を１００℃程度に設定する。

これにより、案内ロール２３２に案内されてシート・フィルム成形ロール１０のロール表面に対して送り込まれたシート・フィルムＷは、シート・フィルム成形ロール１０のロール表面に対する接触開始位置から転写開始位置に至る間に、第１熱媒体室９１による高温の温調ゾーンによって予熱される。この予熱により転写開始位置ではシート・フィルムＷの温度はガラス転移点温度以上になる。シート・フィルムＷは転写開始位置にてタッチロール２２１によってシート・フィルム成形ロール１０のロール表面に押し付けられ、ロール表面の微細パターンを転写される。その後、シート・フィルムＷはシート・フィルム成形ロール１０のロール表面に巻き付いた状態で、シート・フィルム成形ロール１０の回転に従って引き離し位置へ向けて移動し、その間に、第２熱媒体室９２による温調ゾーン、第３熱媒体室９３による温調ゾーンを順に通過することにより、ガラス転移点温度以下に冷却される。

これにより、転写開始位置手前のロール表面温度、つまり、予熱を行う第１熱媒体室９１による高温の温調ゾーンの温度を、ロール周方向に温度差がない主ロールを用いる場合に比して、高めに設定し、シート・フィルムＷの温度をガラス転移点温度以上に充分に高めることができ、その後の微細パターンの転写が充分に正確に行われるようになる。

微細パターンの転写されたシート・フィルムＷをシート・フィルム成形ロール１０より引き離す引き離し位置近くのロール表面温度を、ロール周方向に温度差がない主ロールを用いる場合に比して、低めに設定することにより、シート・フィルムＷの冷却を充分に行い、シート・フィルムＷに転写した微細パターンを充分に硬化固定してシート・フィルムＷをロール表面より引き離すことができる。これらのことにより、微細パターンの転写が確実に高精度に行われるようになり、高品質の微細パターン転写のシート・フィルムＷを得ることができるようになる。

図９は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示している。

この実施形態では、シート・フィルムＷは、案内ロール２３２に案内されてタッチロール２２１による転写開始位置に送り込まれる。この実施形態は、実質的な予熱を必要としない工程での微細パターン転写や、ガラス転移点温度が低い熱可塑性樹脂の微細パターン転写に適している。

図１０は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示している。

本実施形態では、シート・フィルム成形ロール１０の回転中心軸線周りの回転位相位置が互いに９０度異なる二つの転動ラバーロール７０の各々に対応してタッチロール２２１、２２２が設けられている。

シート・フィルムＷは、案内ロール２３４に案内されてタッチロール２２１による転写開始位置に送り込まれ、タッチロール２２２による引き離し位置にてシート・フィルム成形ロール１０よりの引き離される。転写開始位置は第１熱媒体室９１と第２熱媒体室９２との境界部に存在し、引き離し位置は第２熱媒体室９２と第３熱媒体室９３との境界部に存在する。

本実施形態でも、シート・フィルム成形ロール１０の温度管理は、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が最も高く、第２熱媒体室９２、第３熱媒体室９３に向かうに従って、熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が低く、第４熱媒体室９４の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度より少し高めになるようにする。また、タッチロール２２１の表面温度は、第２熱媒体室９２による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しく、タッチロール２２２の表面温度は、第３熱媒体室９３による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しくなるように、温調する。

この実施形態は、実質的な予熱を必要としない工程での高速の微細パターン転写に適している。

図１１は、上述の実施形態によるシート・フィルム成形ロール１０を主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示している。

この実施形態では、シート・フィルム成形ロール１０が前述の実施形態とは異なって時計廻り方向に回転する。タッチロール２２１、２２２は、シート・フィルム成形ロール１０の回転中心軸線周りの回転位相位置が互いに９０度異なる二つの転動ラバーロール７０の各々に対応して設けられている。

シート・フィルムＷは、案内ロール２３５に案内されてシート・フィルム成形ロール１０のロール表面に対して送り込まれ、シート・フィルム成形ロール１０のロール表面に巻き付くようにして送られ、タッチロール２２１の配置位置が転写開始位置になり、この接触開始位置は第１熱媒体室９１と第４熱媒体室９４との境界部に存在する。タッチロール２２２の配置位置が熱可塑性樹脂のシート・フィルム成形ロール１０よりの引き離し位置になり、この引き離し位置は、第４熱媒体室９４と第３熱媒体室９３との境界部に存在する。

本実施形態では、シート・フィルム成形ロール１０の温度管理は、第１熱媒体室９１の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が最も高く、第４熱媒体室９４、第３熱媒体室９３に向かうに従って、熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が低く、第２熱媒体室９４の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度が第３熱媒体室９３の熱媒体供給室１０５に供給する熱媒体の温度より少し高めになるようにする。また、タッチロール２２１の表面温度は、第４熱媒体室９４による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しく、タッチロール２２２の表面温度は、第３熱媒体室９３による温調ゾーンにおける外筒４０の表面温度にほぼ等しくなるように、温調する。

この実施形態でも、図８に示されている実施形態と同等の作用、効果が得られる。

この発明によるシート・フィルム成形ロールの他の実施形態を、図１２、図１３を参照して説明する。なお、図１２、図１３において、図１〜図３に対応する部分は、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態は、中心回転軸２０に加えて外筒４０を強制回転駆動するものである。外筒４０の左右両端（軸線方向の両端部）の箍部材４１、４２の各々に、外筒回転駆動部材として、外歯車１２１、１２２が形成されている。外筒４０の外側に、中心回転軸２０と平行に歯車軸１２３が回転可能に設けられている。歯車軸１２３には外歯車１２１、１２２に噛合する駆動歯車１２４、１２５が固定装着されている。

歯車軸１２３にはタイミングプーリ１２６が取り付けられている。電動機１２７の出力軸１２８に取り付けられたタイミングプーリ１２９と、タイミングプーリ１２６、２７、１３０とに無端のタイミングベルト１３１が掛け渡されている。

これにより、中心回転軸２０の回転に同期して外筒４０が回転駆動される。このように、外筒４０が回転駆動されることにより、外筒４０の回転が前述の実施形態のものより安定する。また、外筒４０の回転駆動は、外筒４０の左右両端の箍部材４１、４２の各々に、外歯車１２１、１２２により、つまり、外筒４０の左右両端で行うから、外筒４０の軸直が長くても、外筒４０に捩じれが生じることがない。

上述の実施形態では、外筒４０内に４個の転動ラバーロール７０を配置して外筒４０内を４分割し、４個の温調ゾーンを設けたが、温調ゾーンの個数は４個に限られることなく、必要最小限の個数であればよい。つまり、温調ゾーンの個数は、２個、３個、５個或いはそれ以上の複数個であってもよい。

図１４は、外筒４０内に２個の転動ラバーロール７０を配置して外筒４０内を２分割し、２個の温調ゾーンを設けた実施形態を示している。なお、図１４においても、図１〜図３に対応する部分は、図１〜図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、２個の転動ラバーロール７０により外筒４０内を２分割した第１熱媒体室１４１と第２熱媒体室１４２とが形成されている。第１熱媒体室１４１と第２熱媒体室１４２には各々熱媒体給排機構１５０が配置されている。

熱媒体給排機構１５０は、平板部材１５１と、平板部材１５１に溶接されて外筒４０の内周面に近接する円弧状板部材１５２とを有する。平板部材１５１と円弧状板部材１５２は、外筒４０の軸線方向幅一杯に設けられており、円弧状板部材１５２には、ほぼ全域に多数の熱媒体噴出孔１５３が明けられている。

熱媒体給排機構１５０は、平板部材１５１と円弧状板部材１５２の連結体の内側に、両端を前述の実施形態と同様に、端板（図示省略）により閉じられた熱媒体供給室１５６を画定している。熱媒体供給室１５６には熱媒体供給管１５９によって熱媒体が供給される。また、熱媒体給排機構１５０には、平板部材１５１、仕切板１５４、１５７により熱媒体排出室１５８が画定されている。熱媒体排出室１５８は平板部材１５１に明けられた連通孔１６１によって第１熱媒体室１４１あるいは第２熱媒体室１４２に連通している。熱媒体排出室１５８には熱媒体排出管１６０が設けられている。また、仕切板１５４には連通孔１５５が設けられている。

この実施形態では、第１熱媒体室１４１、第２熱媒体室１４２の各々において、熱媒体供給管１５９より熱媒体が熱媒体供給室１５６に供給され、熱媒体噴出孔１５３より外筒４０の内周面に向けて噴出し、熱媒体供給室１５６の外側に流れ、連通孔１６１より熱媒体排出室１５８に入り、熱媒体排出管１６０によって外部へ排出される。つまり、熱媒体が、第１熱媒体室１４１と第２熱媒体室１４２とで個別に独立して流通する。

これにより、第１熱媒体室１４１と第２熱媒体室１４２の各々の熱媒体供給管１５９に供給する熱媒体の温度を個別に設定することにより、外筒４０の表面温度を、第１熱媒体室１４１に対応する帯状ゾーンと第２熱媒体室１４２に対応する帯状ゾーンとで、個別に設定することができる。換言すると、外筒４０の表面温度を、第１熱媒体室１４１と第２熱媒体室１４２とでロール回転方向の区分された温調ゾーンとして、個別に設定することができる。

なお、図１２、１３に示されているシート・フィルム成形ロール１０も、図１４に示されているシート・フィルム成形ロール１０も、図１〜図４に示されている実施形態のシート・フィルム成形ロール１０と同様に、タッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置や微細パターン転写装置の主ロールとして用いることができる。

この発明によるシート・フィルム成形ロールの一つの実施形態を示す縦断面図である。この発明によるシート・フィルム成形ロールの一つの実施形態を示す平断面図である。図１のＥ−Ｅ断面図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールの外筒取付部の拡大断面図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の一つの実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の他の実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置の他の実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用した微細パターン転写装置の一つの実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示す図である。本実施形態によるシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用した微細パターン転写装置の他の実施形態を示す図である。この発明によるシート・フィルム成形ロールの他の実施形態を示す縦断面図である。他の実施形態によるシート・フィルム成形ロールを回転駆動系の説明図である。この発明によるシート・フィルム成形ロールの他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０シート・フィルム成形ロール（主ロール）
２０中心回転軸
２１、２２端部
２３操作側軸受部
２４駆動側軸受部
２５、２６軸受部材
２７タイミングプーリ
２８操作側端板
２９駆動側端板
３０、３１ボール軸受
４０外筒
４１、４２箍部材
４３、４４端部剛性部材
４５、４６軸受固定リング
４７、４８ボール軸受
４９、５０凹溝
５１、５２Ｏリング
５３、５４カラー部材
５５、５６ねじ孔
５７、５８ねじ部材
５９、６０、６１、６２
メカニカルシール部材
７０転動ラバーロール
７１、７２軸端部材
７３金属製円筒体
７４円筒ラバー
７５、７６支持軸部
７７、７８ボール軸受
８３油圧供給孔
８４油圧供給手段
８５ロール内空間
８６、８７メカニカルシール部材
９１、９２、９３、９４第１〜第４熱媒体室
１００熱媒体給排機構
１０１溝形部材
１０２円弧状板部材
１０３、１０４端板
１０５熱媒体供給室
１０６熱媒体噴出孔
１０７熱媒体給排管
１０８、１０９端板
１１０仕切板
１１１熱媒体供給通路
１１２熱媒体排出通路
１１３熱媒体入口
１１４熱媒体出口
１２１、１２２外歯車
１２３歯車軸
１２４、１２５駆動歯車
１２６タイミングプーリ
１２７電動機
１２８出力軸
１２９、１３０タイミングプーリ
１３１タイミングベルト
１４１第１熱媒体室
１４２第２熱媒体室
１５０熱媒体給排機構
１５１平板部材
１５２円弧状板部材
１５３熱媒体噴出孔
１５４仕切板
１５５連通孔
１５６熱媒体供給室
１５７仕切板
１５８熱媒体排出室
１５９熱媒体供給管
１６０熱媒体排出管
１６１連通孔
２０１Ｔダイ
２１１、２１２、２１３、２２１、２２２タッチロール
２３１、２３２、２３４、２３５案内ロール

Claims

軸受部材により回転可能に支持された中心回転軸と、
前記中心回転軸の軸線方向に離れた二つの位置において各々同心配置された回転しない固定端板と、
両端を前記固定端板により前記中心回転軸と同心に回転可能に支持された金属薄膜製の外筒と、
両端を固定端板により回転可能に支持され、前記中心回転軸の外周面に摺接すると共に、前記外筒の内周面に摺接する複数個の転動ラバーロールとを有し、
前記転動ラバーロールは前記外筒と前記中心回転軸との間の円環状の空間を円周方向に複数個の熱媒体室に区分しており、その複数個の熱媒体室の各々に熱媒体が個別に流通するよう構成されている、
ことを特徴とするシート・フィルム成形ロール。
請求項１に記載のシート・フィルム成形ロールにおいて、
前記外筒の軸線方向幅のほぼ全域に多数の熱媒体噴出孔を有する熱媒体給排機構が各熱媒体室毎に設けられている、
ことを特徴とするシート・フィルム成形ロール。
請求項１または請求項２に記載のシート・フィルム成形ロールにおいて、
前記転動ラバーロールは中空ロールで、ロール内空間に、ロータリジョイントによって油圧が供給され、ロール内空間の圧力を可変設定できる、
ことを特徴とするシート・フィルム成形ロール。
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のシート・フィルム成形ロールにおいて、
前記外筒の軸線方向の両端部に各々外筒回転駆動部材が設けられている、
ことを特徴とするシート・フィルム成形ロール。
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用したタッチロール式のシート・フィルムキャスティング装置。
請求項１から請求項４の何れか一項に記載のシート・フィルム成形ロールを主ロールとして適用した微細パターン転写装置。