(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、
前記外セルの内部に配され、該外セルの内径よりも小さい外径を有する円筒状の内セルと、を備え、
前記外セルが、該外セルと前記内セルとの間の空間を回流する温調流体によって温調されるシート成形用ロールであって、
前記外セルの内周面に、該外セルの軸回りに沿って延びる雌ネジ状の凹部又はリング状の複数の凹部が、前記外セルの軸方向において、シートの接触部よりも広い範囲にわたって形成され、
前記凹部のピッチは、前記範囲内で変化することなく、前記凹部の底面における前記外セルの径方向の厚みの１０倍以下である、ことを特徴とするシート成形用ロール。
【請求項２】
前記内セルの外周面に、該内セルの軸回りに沿ってスパイラル状に延びる凸壁が形成され、該凸壁によって前記温調流体が流れる流路が構成され、
前記凸壁の先端と前記外セルの内周面との間に所定の間隙が設けられ、
前記所定の間隙は、成形時に前記シート成形用ロールに生じるたわみ量以上である、請求項１に記載のシート成形用ロール。
【請求項３】
前記凸壁は、前記内セルの軸回り方向に沿って複数に分割され、間隔をあけて配列されている、請求項２に記載のシート成形用ロール。
【請求項４】
シートを加圧成形するための円筒状のセルと、
前記セルを支持する軸と、を備え、
前記セルが、該セルの内周面と前記軸との間の空間を回流する温調流体によって温調されるシート成形用ロールであって、
前記セルの内周面に、該セルの軸回りに沿って延びる雌ネジ状の凹部又はリング状の複数の凹部が、前記セルの軸方向において、シートの接触部よりも広い範囲にわたって形成され、
前記凹部のピッチは、前記範囲内で変化することなく、前記凹部の底面における前記セルの径方向の厚みの１０倍以下である、ことを特徴とするシート成形用ロール。
【請求項５】
前記外セルまたは前記セルは、前記外セルまたは前記セルの軸方向に関して、前記凹部が形成されている前記範囲の両側に、前記凹部よりも深さが小さい小型凹部を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項６】
前記温調流体は、気体である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項７】
前記セルと前記軸との間の空間に配され、前記温調流体が内部を回流する別のセルを備え、
前記セルの内周面と前記別のセルの外周面との間の空間に、気液混合流体が封入されている、請求項４に記載のシート成形用ロール。
【請求項８】
前記凹部の長手方向に直交する断面形状は、前記長手方向に直交する幅が前記凹部の底面に向かって小さくなる台形状に形成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項９】
前記凹部の長手方向に直交する断面形状は、Ｕ字状の内面を有する形状、または四角形状に形成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１０】
前記凹部の長手方向に直交する断面形状は、前記長手方向に直交する方向において、前記凹部の底面の幅が、隣接する前記凹部の間の幅よりも大きく形成されている、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１１】
前記凹部は、形状、深さの少なくともいずれかが異なる複数種類の凹部を含んでいる、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１２】
前記凹部は、内面にメッキが施されている、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１３】
前記外セルまたは前記セルは、クラウンを有している、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１４】
前記外セルまたは前記セルは、前記内セルまたは前記セルを支持する軸に対して着脱自在に構成されている、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のシート成形用ロール。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のシート成形用ロールの間に溶融樹脂を挟んでシートを成形するシート成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺のシートを成形するためのシート成形用ロール及びシート成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シートの成形方法として、Ｔダイから押出される溶融樹脂を、剛性が高い一対のシート成形用ロールの間に挟み込み、加圧してシート状に成形する加圧成形法が知られている。加圧成形法では、シート成形用ロールの外周の温度を制御することによって、適切な粘度を維持した状態で溶融樹脂をシート状に成形することができる。
【０００３】
温度制御機能を有するシート成形用ロールとしては、特許文献１に、薄肉円筒状の外セルと、外セルの内部に配される内セルと、を有してなる二重管ロールが開示されている。外セルと内セルとの間に形成される空間に、温調液を流すことによって、外セルの外周、すなわち二重管ロールの外周の温度が制御されている。
【０００４】
また、特許文献１に開示されているシート成形用ロールでは、薄肉の金属体の外セルを用いることによって外セルを弾性変形させることができ、成形対象となるシートが、シート成形用ロールの間に挟まれている時間を長くすることができる。両方又は一方のシート成形用ロールの外セルを弾性変形が可能な外セルとして構成することで、シートの加圧時に外セルを、相対するシート成形用ロールの外周面に倣って弾性変形させることができる。したがって、剛性が高い一対のシート成形用ロール同士の場合に比べて、シートが成形用ロールに挟まれる時間が長くなり、シートをより一層平滑に成形することができる。
【０００５】
特許文献２及び特許文献３には、内セルとしてゴムロールを用い、外セルを更に薄肉化した二重管ロールが開示されている。弾性が不十分でシートに圧力を加えることができない薄肉の外セルであっても、ゴムロールの外周面が外セルの内周面に接触するので、ゴムロールの弾性力によってシートに圧力が加えられる。外セルを薄肉化することが可能となるので、温調能力を向上することができる。また、より一層薄いシートを成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１９４９０４号
【特許文献２】特許第３４２２７９８号
【特許文献３】特開２００７−８３５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているシート成形用ロールでは、弾性を確保するために、外セルを薄肉化するのに大きさの限界があった。外セルを薄肉化した場合には、外セルのたわみが大きくなる。そのため、外セルに予め形成しておくクラウン量が増加し、また外セルが薄肉なので、円筒形の形状を維持するのが難しくなり、シート成形用ロールを大型化することが困難であった。
【０００８】
また、特許文献２及び特許文献３に開示されているシート成形用ロールでは、内側バックアップロールにゴムロールを用いているので、耐久性が劣るといった課題があった。
【０００９】
さらに、外セルの内面がフラットな従来のシート成形用ロールでは、乱流による渦効果が小さく、熱移動の効率が低い。そのため、外セルの冷却性能に限界があった。
【００１０】
そこで、本発明は、厚さ０．１ｍｍ程度の薄い両面タッチシートを、２ｍ以上の幅広のシート成形用ロールで成形することを可能とし、また耐久性に優れ、高い温度調整能力を有するシート成形用ロールを提供することを目的とする。また、本発明は、薄肉に構成される外セルの剛性または柔軟性が、シート成形用ロールの軸方向に対して異なっているシート成形用ロールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するため、本発明に係るシート成形用ロールは、シートを加圧成形するための円筒状の外セルと、外セルの内部に配され、外セルの内径よりも小さい外径を有する円筒状の内セルと、を備える。外セルが、外セルと内セルとの間の空間を回流する温調流体によって温調されるシート成形用ロールであって、外セルの内周面に、外セルの軸回りに沿って延びる雌ネジ状の凹部又はリング状の複数の凹部が、外セルの軸方向において、シートの接触部よりも広い範囲にわたって形成される。凹部のピッチは、前記範囲内で変化することなく、凹部の底面における外セルの径方向の厚みの１０倍以下である。
【００１４】
また、本発明に係る他のシート成形用ロールは、シートを加圧成形するための円筒状のセルと、セルを支持する軸と、を備える。セルが、セルの内周面と軸との間の空間を回流する温調流体によって温調されるシート成形用ロールであって、セルの内周面に、セルの軸回りに沿って延びる雌ネジ状の凹部又はリング状の複数の凹部が、セルの軸方向において、シートの接触部よりも広い範囲にわたって形成される。凹部のピッチは、前記範囲内で変化することなく、凹部の底面におけるセルの径方向の厚みの１０倍以下である。
【００１５】
また、本発明に係るシート成形方法は、本発明のシート成形用ロールの間に溶融樹脂を挟んでシートを成形する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、比較的薄いシート成形用であって幅が広い大型のシート成形用ロールを製作できる。また、シート成形用ロールの耐久性を低下させることなく温調能力を向上することができる。また、径方向に対して薄肉に構成される外セルの剛性又は柔軟性が、軸方向に対して異なるシート成形用ロールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】シートの成形装置を示す概略図である。
【図２】シート成形用ロールを示す断面図である。
【図３Ａ】第１の実施形態におけるシート成形用ロールを示す詳細断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態におけるシート成形用ロールの内セルに設けられるガイド壁を示す模式図である。
【図４】シート成形用ロールを軸方向に直交する面で切断して示す断面図である。
【図５】線圧が加えられたときのシート成形用ロールを示す断面図である。
【図６】凹部が延びる方向と、薄板の曲げ易さとの関係を説明するための図である。
【図７】シート成形用ロールの間にシートを挟み込んでいる状態を示す断面図である。
【図８】本実施形態のシート成形用ロールと、従来のシート成形ロールと比較して、たわみ曲線を示す図である。
【図９】図８において比較するシート成形用ロールの形状を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態におけるシート成形用ロールを示す詳細断面図である。
【図１１】第３及び第４の実施形態における外セルを示す断面図である。
【図１２】第４の実施形態における外セルが有する角形の凹部の深さの構成例を示す断面図である。
【図１３】第４の実施形態における外セルが有する角形の凹部のピッチの構成例を示す断面図である。
【図１４】第５の実施形態における外セルに、凹部を加工する工程を説明するための図である。
【図１５】第６の実施形態における外セルが有する凹部の形状を示す断面図である。
【図１６】第７の実施形態のシート成形用ロールを示す断面図である。
【図１７】第８の実施形態のシート成形用ロールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本明細書において、『線圧』とは、一対のロールを押し当てたときのロールの軸方向の単位長さ当たりの力を意味する（例：１００Ｎ／ｃｍ）。線圧はニップ圧とも称する。
【００２０】
また、『クラウン』とは、ロールの軸方向の中央部が、ロールの軸方向の端部よりも太い形状を指す。『クラウン量』とは、ロールの軸方向の中央部の直径と、ロールの軸方向の端部の直径との差の値を指し、ロールの軸方向の中央部の直径をＤ１、ロールの軸方向の端部の直径をＤ２としたとき、クラウン量＝Ｄ１−Ｄ２で表される。
【００２１】
以下、実施形態によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。なお、以下の説明では、上述した実施形態で示したのと同じ部分には同じ符号を付して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１に、シートを加圧成形する成形装置の概略図を示す。成形装置１によって成形されるシート２は、厚さが０．０５ｍｍから１ｍｍ程度までの範囲内の透明クリアシートであり、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）やＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｃｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの樹脂材料を用いて成形される。
【００２３】
図１に示すように、成形装置１は、樹脂材料をシート状に押出すためのＴダイ３と、シート２の厚さや形状を整えるシート成形用ロール（以下、成形ロールと称す）４ａ、４ｂ及び４ｃと、を備えている。成形ロール４ａ、４ｂ及び４ｃは、成形ロールの軸方向に対して同じ幅を有している。成形ロール４ａ、４ｂ及び４ｃによってシート２に線圧がかけられることでシート成形が行われる。
【００２４】
Ｔダイ３は、不図示の押出機から供給される樹脂材料をシート状に押出し、樹脂材料を一対の成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙に導く。Ｔダイ３が鉛直方向の下向きに設置され、Ｔダイ３の下側に成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙が位置するように成形ロール４ａ及び４ｂが配設されている。
【００２５】
また、成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂは、溶融樹脂を挟むように互いに平行に配置されている。鉛直方向下向きに押出された溶融樹脂を一対の成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂで受けることによって樹脂材料の成形性を高めることができる。
【００２６】
成形ロール４ｂは位置が固定されており、成形ロール４ａは不図示の加圧装置によって成形ロール４ｂとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）に移動可能に構成されている。成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂは、通常、同じ周速で回転され、成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂの軸方向の幅全域に均一な圧力をかけることによってシート２を一定の厚さに成形する。
【００２７】
シート２は、成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間隙を通過した後、成形ロール４ｂに巻き付けられ、必要に応じて成形ロール４ｃによって搬送方向の下流側に搬送される。また、成形ロール４ａと同様に、成形ロール４ｃも不図示の加圧装置で成形ロール４ｂとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）への移動が可能になっている。
【００２８】
成形ロール４ｃを通過した後、シート２は冷却され、コイル状に巻き取られるか、または所定の長さで切断される。必要に応じて、成形ロール４ｃや不図示の他の成形ロールを用いて、シート２を再度加圧成形してもよい。
【００２９】
次に、成形ロール４ａの構造について説明する。図２に、成形ロール４ａを、その中心軸を通る面で切断したときの断面図（図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図）を示す。
【００３０】
図２に示すように、成形ロール４ａは、弾性を有する薄肉金属体で形成された円筒状の外セル５と、外セル５の内径よりも小さい外径を有する内セル６と、を備える二重管ロールである。したがって、外セル５の内周面と内セル６の外周面との間には空間が形成されており、この空間に、温調流体としての温調液７が流れる流路８ｃが構成されている。図２に示す外セル５及び内セル６は、鋼製であり、成形ロール４ａも鋼を溶接して構成されている。なお、温調流体としては、温調液７の代わりに、気体や気液混合流体が用いられてもよい。
【００３１】
また、内セル６の両端には、軸９及びフランジ１０が溶接接合されており、軸９が軸受１１によって回転可能に支持されている。軸９の一端は、モータ２３と連結されており、モータ２３によって成形ロール４ａが所定の速度で回転駆動される。なお、成形ロールにおいて、モータ２３が連結されている側を駆動側とし、この駆動側の反対に位置する側を操作側とする。
【００３２】
さらに、軸受１１は、不図示の軸受箱を介して成形ロール４ｂと成形ロール４ａとの間隙を開閉する方向（図１に示す白抜き矢印の方向）に押圧する加圧装置が設けられている。加圧装置としては、通常、空気式、又は油圧シリンダ式が使用される。ロール軸受箱は、リニアガイドによって移動可能に支持されており、成形ロールは平行移動することができる。
【００３３】
操作側の軸９には、温調液７が流れる流路８ａと、流路８ａの周りに流路８ｅとが形成されている。流路８ａは、操作側の軸９から成形ロール４ａの中心を通って駆動側の軸９に設けられている。また、駆動側のフランジ１０には、流路８ａと流路８ｃとを連通する流路８ｂが形成されており、操作側のフランジ１０にも同様に流路８ｃと流路８ｅとを連通する流路８ｄが形成されている。
【００３４】
図３Ａに、図２に示す成形ロール４ａの、軸方向の中央部から操作側にかけて拡大した詳細断面図を示す。図３Ａにて、成形ロールの軸方向の長さＬの中心の位置をＦで示している。図３Ａに示すように、外セル５の内周面には、外セル５の軸回りに沿って延びる凹部１２が形成されている。第１の実施形態では、凹部１２として、凹部１２が延びる長手方向に直交する断面形状が台形をなす雌ネジ状の溝が形成されている。また、凹部１２は、連続する１本の溝で形成される一条ネジをなすように構成されている。
【００３５】
外セル５の軸方向に隣り合う凹部１２のピッチＰは、外セル５の柔軟性を得るために重要な寸法であり、詳細については後述する。
【００３６】
第１の実施形態において、凹部１２のピッチＰが４ｍｍ、外セル５の厚さが５ｍｍであり、外セル５の柔軟性が、凹部１２が延びる長手方向に直交する方向において異なる作用を有している。また、このピッチＰは熱移動の観点からも重要である。
【００３７】
隣り合う凹部１２のピッチＰは、外セル５の外周面における温調能力の均一性を高めるため、外セル５の径方向の厚み以下にする方がよい。成形時に成形ロール４ａに接触するシート２の温度偏差が小さくなり、シート２の結晶化のばらつきが低減される。
【００３８】
また、凹部１２が形成されている凹形成部１２ｐは、シート２が接触するシート接触部（シート幅）２ｐよりも広い範囲に形成されている。凹形成部１２ｐの端部からシート接触部２ｐの端部までの部分には、凹部１２よりも深さが小さい凹部（以下、小型凹部１３と称す）が形成されている。
【００３９】
小型凹部１３は、外セル５の肉厚の急激な変化をなくす役割を有している。したがって、肉厚が急激に変化する位置で生じる応力集中を抑制し、外セル５の破損を防止することができる。なお、小型凹部１３の代用として、外セル５の径方向の厚みを徐々に変化させることによって、外セル５の軸方向に対して外セル５の内周面を緩やかに変化させたテーパ（不図示）が形成されてもよい。
【００４０】
外セル５の内周面は、鋼製である外セル５の腐食を防止するためにメッキ膜が付けられている。特に、凹部１２の底面は薄肉に形成された厚さであるので、セルの機械的強度を長期間に亘って保つために、腐食を防止することが重要であり、第１の実施形態ではＮｉメッキを施す。
【００４１】
本実施形態の成形ロールの外セル５の凹部１２の深さＤは、外セル５の厚さｔ１の０．１倍以上である（図１２参照）。本実施形態のロールの外セル５の凹部１２のピッチ（隣接する凹部１２間のピッチ）Ｐは、凹部１２の底面の外セルの最小厚さｔｔの１０倍以下である（図１３参照）。
【００４２】
外セル５には、シート接触部２ｐよりも広い範囲にクラウンが形成されている（以下、クラウンが形成されている範囲をクラウン形成部１５と称す）。外セル５は、シート２を成形するときの荷重でたわむ。そこで、予めクラウンを形成しておくことによって、成形ロール４ａに荷重が加わった状態で均一な線圧が得られるようにしている。
【００４３】
第１の実施形態では、クラウンは外セル５の全領域に形成されていない。クラウン形成部１５の端部から外セル５の端部までのクラウンが形成されていない範囲には、外セル５の端部に向かって外径を徐々に小さくするテーパ１７が設けられている。テーパ１７が設けられることによって、成形ロール４ａの端部と成形ロール４ｂ（図１）の端部との接触が回避される。
【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂに、内セル６に設けられるガイド壁２０を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、外セル５の内周面と内セル６の外周面との間の流路８ｃには、内セル６の軸回りに沿ってスパイラル状に軸方向に対して傾斜して配置された複数のガイド壁２０ａが設けられている。ガイド壁２０ａは、内セル６の外周面に溶接されている。
【００４５】
ガイド壁２０ａは、図３Ｂに示すように、丸棒状や板状に形成され、規則的に所定の間隔をあけて分散して配列されている。また、ガイド壁２０ａの端面は、楔状に先細りに形成することで、温調液７の流動抵抗が抑えられている。このガイド壁２０ａによって、流路８ｃ内を流れる温調液７を整流、分散、撹拌することで、温調液７をロール全体に流している。
【００４６】
第１の実施形態では、図３Ｂ（ａ）に示すように、分割された複数のガイド壁２０ａが用いられているが、図３Ｂ（ｂ）に示すように、スパイラル状に連続して形成された複数のガイド壁２０ｂが用いられてもよい。また、ガイド壁２０ａは、図３Ｂ（ｃ）に示すように、内セル６の外周面に、例えば丸棒や板材を溶接接合することによって形成されているが、内セル６の外周面を切削加工して一体に形成されてもよい。外セル５の内周面に対向する、ガイド壁２０ａ（２０ｂ）の端面は、外セル５の内周面との間に所定の隙間Ｓが確保されている。
【００４７】
内セル６の肉厚は、外セル５の肉厚が薄いので、成形ロール全体の剛性を高く保つために、外セル５の肉厚よりも厚く形成されており、内セル６の両端のフランジ１０と軸９が溶接接合されている。
【００４８】
図４に、操作側のフランジ１０に平行かつ流路８ｄの中心を通る面で切断したときの成形ロール４ａの断面図（図３Ａに示すＣ−Ｃ断面図）を示す。図４に示すように、フランジ１０には６つの流路８ｄが、フランジ１０の中心から外周に向かって形成されかつ互いに均等な間隔をあけて設けられており、流路８ｃと流路８ｅとが連通されている。なお、駆動側のフランジ１０も同様の構造を有している。
【００４９】
成形ロール４ａの外周の温度制御は、流路８ｃを流れる温調液７を回流させることによって行われる。温調液７は、冷水や温水等が用いられ、成形ロール４ａの外周を所望の温度に制御するために流量が調整される。図２に示すように、温調液７の回流は、まず操作側の軸９に設置されたロータリジョイント１６にて外部から取り込まれ、成形ロール４ａの中心に設けられた流路８ａに沿って駆動側の軸９に向かって流れる。その後、駆動側のフランジ１０に形成された流路８ｂを通って流路８ｃへ流入し、外セル５の内周面に沿って駆動側から操作側へ到達する。
【００５０】
成形ロール４ａは、外セル５の内周面に凹部１２が形成されており、凹部１２が形成されていない場合に比べて温調液７との接触面積が大きくされている。したがって、外セル５と温調液７との間の熱交換も多くなる。
【００５１】
内セル６の外周面には、内セル６の軸回りに沿ってスパイラル状に延びる凸壁としてのガイド壁２０が設けられており、ガイド壁２０が、外セル５と内セル６の間の隙間に配置されている。ガイド壁２０は、内セル６の軸方向に対してスパイラル状に傾斜して配置されているので、流路８ｃ内で温調液７が分散、旋回してスパイラル状に流れる。図４に示すように、流路８ｃは、６つの流路８ｄに連通されている。
【００５２】
成形ロールの操作側の端面では、駆動側の端面と同様に、温調液７が６つの流路８ｄを通り、操作側のロータリジョイント１６の外周流路を通って、外部の温調装置に流入する。温調装置は、温調液７の温度を一定に保つ機能を有している。
【００５３】
また、第１の実施形態では、温調液７が凹部１２の延在方向に対してほぼ直角に流れるので、乱流が生じる。一般に層流よりも乱流の方が、渦が発生しやすく伝熱効果が高い。したがって、流れに対してほぼ直角に凹部１２が形成された第１の実施形態では、効率良く熱交換が行われる。
【００５４】
すなわち、第１の実施形態では、接触面積を大きくした効果と、乱流を生じさせる効果とによって、成形ロール４ａの温調能力が高められている。
【００５５】
上述したように、外セル５の流路８ｃは、成形ロールの軸方向に対してスパイラル状に配置されたガイド壁２０ａを有しているので、温調液７がスパイラル方向に整流、分散、撹拌される。このため、温調液７をロール全体に均等に流すことができる。
【００５６】
また、外セル５の流路は、図３Ｂ（ｂ）に示すように、スパイラル状に連続するガイド壁２０ｂを有する場合には、ガイド壁２０ｂが二重螺旋構造をなすことで、実質的な流路断面積が狭くなり、温調液７の流速を早めて乱流状態にすることが可能になる。このため、温調液７による冷却能力を更に高め、成形ロールに温度ムラが生じるのを抑える効果が得られる。
【００５７】
また、本実施形態の成形ロールでは、外セル５の内周面の凹部１２によるラビリンス効果によって温調液７を撹拌する作用が得られるので、ガイド壁２０ａ（２０ｂ）の作用と合わせて、成形ロールの冷却能力を更に高めることができる。
【００５８】
また、図３Ａに示すように、ガイド壁２０ａ（２０ｂ）の外周面と、外セル５の内周面との間に設けられた所定の隙間Ｓは、弾性を有する薄肉構造である外セル５がたわみ易いので、一般的な剛体ロールに比べて大きく設定されている。この隙間Ｓが確保されない場合、外セル５の弾性が十分に確保されないので、柔軟なシート成形性が失う。
【００５９】
また、隙間Ｓは、外セル５に過大な荷重が加わったときに永久たわみが生じる前に、外セル５の内周面がガイド壁２０ａ（２０ｂ）に当接するような寸法に設定することで、外セル５に破損や変形が生じることを防ぎ、外セル５の損傷を防止する効果が得られる。
【００６０】
最後に、操作側のフランジ１０に形成された流路８ｄから操作側の軸９に設けられた流路８ｅを通り、成形ロール４ａから排出される。その後、温調液７は、外周流路を経て不図示の温調装置に入る。温調装置は、温調液７の温度を一定に保つ機能を有する。
【００６１】
本実施形態では、成形ロール４ａの主要寸法である外セル５の軸方向の幅及び軸受１１間の距離を１４００ｍｍ及び１６６０ｍｍとした。シート接触部２ｐ（図３Ａ）を１１７０ｍｍとした。
【００６２】
また、外セル５の外径及び内径を３００ｍｍ及び２９０ｍｍとし、外セル５の厚さが５ｍｍとなるようにした。内セル６の外径を２７０ｍｍとし、外セル５と内セル６との間隔、すなわち流路８ｃの間隔を１０ｍｍとした。内セル６の内径を２３０ｍｍとし、内セル６の厚さが２０ｍｍとなるようにした。内セル６は、成形ロール４ａの全体の剛性を保つために、外セル５よりも厚くされている。
【００６３】
さらに、凹部１２のピッチＰを４ｍｍとし、凹部１２の深さを１．９ｍｍとした。凹部１２の形成によって除去された部分と、凹部１２の形成によって凸部として残された部分との断面面積比率を、５８％：４２％とした。
【００６４】
外セル５の外周面のシート接触部２ｐは、表面にクロムメッキを施した後、鏡面仕上げを行った。また、クラウン形成部１５に形成されるクラウンとして、一般的な円弧状のＲ曲線を用いた。また、第１の実施形態では、テーパ１７として、クラウン形成部１５の端部の外径に対し、外セル５の端部の直径を１ｍｍ小さく設定した。
【００６５】
以上のように構成された成形ロール４ａは、厚さが０．０５ｍｍから１ｍｍ程度までの薄いシート２を成形する用途で使用され、シート２の成形時に必要なニップ圧が１００Ｎ／ｃｍである。
【００６６】
なお、図１に示す、成形ロール４ａの相手側となる成形ロール４ｂも内部に温調液７を流すことが可能な二重管構造であり、温調可能となっている。ただし、成形ロール４ｂの外セル５の厚みは、成形ロール４ａの外セル５の厚みよりも厚くされており、想定される線圧（例えば１００Ｎ／ｃｍ）ではほとんど変形しない。したがって、成形ロール４ｂは、剛体ロールと見なすことができるので、クラウンが形成されていない。
【００６７】
図５（ａ）に、成形ロール４ｂによって成形ロール４ａに線圧がかけられたときの成形ロール４ａの断面形状を示す。図５（ａ）は、図５（ｂ）で示すつぶれ変形と、図５（ｃ）に示すたわみ変形とを足し合わせたものとすることができる。
【００６８】
図５（ｂ）は、外セル５の外周の点ａから中心に向かって（白抜き矢印の方向）荷重がかけられた場合の外セル５のつぶれ変形ａを示す断面図である。実線で示される輪郭が荷重をかけた場合の形状であり、一点鎖線で示される輪郭が荷重をかけていない場合の形状である。外セル５は、荷重がかけられた点ａがつぶれ、つぶれた分だけ点ａの周辺が膨らむように変形する。
【００６９】
したがって、成形ロール４ｂと成形ロール４ａとが、一点で接触するわけではなく、成形ロール４ａがつぶれ変形ａの分だけ曲面で接触することとなる。なお、成形ロール４ｂと成形ロール４ａとが接触する幅をニップ幅１８と称する（図５（ａ））。
【００７０】
図５（ｃ）に、外セル５のシート接触部２ｐ全体にわたって均等に荷重をかけた場合の成形ロール４ａのたわみ変形ｅを示す。図５（ｄ）に、成形ロール４ａの軸方向に沿ってたわみ変形ｅを示す。図５（ｄ）に示すように、外セル５は、軸方向の中心において、たわみ変形ｅが最大となり、たわみ量ｅを生じる。したがって、たわみ変形ｅが最大となる位置での成形ロール４ａの断面図は、つぶれ変形ａを考慮しない場合、図５（ｃ）に示すように、内セル６の中心６ｃに対して、外セル５の中心５ｃがたわみ量ｅだけ移動する。
【００７１】
本実施形態では、外セルの厚さが５ｍｍと薄肉であるので、変形の大部分がつぶれ変形ａである。第１の実施形態では、外セル５の軸方向の中央部におけるつぶれ変形ａ、たわみ変形ｅはそれぞれ０．１４ｍｍ、０．０６ｍｍ程度であり、外セル５のつぶれ変形ａの割合が７０％を占める。
【００７２】
成形ロール４ａの外セル５が成形ロールの軸方向の中央部で大きくたわみ、成形ロール４ａの相手側となる成形ロール４ｂは、剛体ロールと見なせるのでたわみが無視でき、変形しない。このため、成形ロール４ａ及び成形ロール４ｂのたわみを一致させてニップを成立させるため、荷重負荷時における成形ロール４ａのニップ部を直線にする。そこで、あらかじめ計画した荷重でのたわみ量を計算し、そのたわみ量に相当するクラウンを外セル５に付与することによって、ニップ圧力を軸方向にわたって均一にすることができる。
【００７３】
第１の実施形態において、クラウン量は、成形ロールの中央の半径を０．２ｍｍ大きくすることによって形成されている。すなわち、直径でのクラウン量は０．４ｍｍである。クラウンを付けることで、シート２の成形時に規定の線圧をかけたとき、成形ロール４ａの幅方向に均一な線圧が得られる。また、成形ロール４ｂは、セル厚さが厚い剛体ロールであり、たわみが無視できるので、クラウンを付けていない。
【００７４】
次に、線状の凹部１２の長手方向と、外セル５の機械的強度との関係について説明する。
【００７５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、薄板１９に形成された線状の凹部２０が延びる長手方向と、薄板１９の曲げ易さとの関係を説明する図である。図６（ａ）に示すように、凹部２０の長手方向に直交する方向に力を加えることによって、凹部２０の長手方向に平行な方向に沿って薄板１９を折り曲げる場合（図６（ａ）における断面Ｂに沿って白抜き矢印の方向に折り曲げる場合）には、線状の凹部２０が形成されていない薄板に比べて小さい力で折り曲げることが可能である。これは、力を加える方向に対して垂直に位置する凹部２０において、板厚が薄く断面係数が小さくなっているからである。
【００７６】
逆に、図６（ｂ）に示すように、線状の凹部２０の長手方向に対して平行な方向に力を加えて、凹部２０の長手方向に交差する方向に沿って薄板１９を折り曲げる場合（図６（ｂ）における断面Ａに沿って白抜き矢印の方向に折り曲げる場合）には、凹部２０が形成されていない薄板を折り曲げる場合とほぼ同じ力が必要である。これは、力を加える方向の断面係数が、凹部２０が形成されていない薄板の断面係数とほぼ同じだからである。
【００７７】
図３に示す凹部１２は、外セル５の内周面にほぼ円周方向に沿って形成されているので、図６（ｂ）に示す構成に近い状態である。したがって、外セルは、凹部が形成されていない場合と同様の剛性を有している。
【００７８】
また、熱移動に関しては、凹部が形成されている部分は、外セルの厚さが薄くなっているので、外セルの内周面から外周面へ熱が伝わり易く、温調能力が高められている。
【００７９】
また、外セル５は、凹部１２を有することによって、外セル５の内周面の表面積が大きくされているので、温調液７による温調能力が高められている。
【００８０】
つまり、第１の実施形態では、外セル５の剛性を維持しつつ、凹部１２が形成されている箇所の外セル５の薄肉化と、上述した外セル５と温調液７との接触面積の増加、及び凹部１２によって生じる温調液７の渦効果とによって温調能力が高められている。
【００８１】
次に、シート成形時のシートの厚みムラ、特に薄いシートに生じやすいシート縦縞に対するニップ性能について述べる。
【００８２】
図７において、凹部１２が外セル５の内周を１周するリング状に近い形状に形成されているので、外セル５は、軸方向に沿って柔軟に変形することができる。図７（ａ）及び図７（ｂ）に、シート２が成形ロール４ａと成形ロール４ｂとの間に挟まれているときの、シート２に対して垂直な面で切断したときの断面図を示す。図７（ａ）には、凹部１２が形成された外セル５を示し、図７（ｂ）には、一様な厚さを有する外セルを示している。
【００８３】
図７（ｂ）に示すように、凹部１２が形成されていない場合には、外セル５は一体となって変形をするので、溶融樹脂の流入量が多い付近において未圧搾部２４（シート縦縞）が生じやすい。未圧搾部２４は、外セル５の外周面の圧搾を受けないので、未圧搾部２４と圧搾部とで外観が異なり、結果的にシート２が縞状の外観を呈し、不良品になる。
【００８４】
シート２として特に薄膜フィルムを成形する場合、Ｔダイ３から溶融樹脂を軸方向に亘って均一に吐出することが難しく、またシート２が薄いので冷却が早く、成形ロール４ａ及び４ｂによって圧搾しても軸方向への溶融樹脂の流れが少なく、シート２に未圧搾部２４が生じやすい。外セル５に凹部１２を形成することにより、図７（ａ）に示すように、外セル５は、凹部１２の長手方向に直交する方向対して変形が容易となり、未圧搾部２４を無くすことができる。また、凹部１２を有する外セル５によれば、更に薄いシート２を高速に成形することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、凹部１２が外セル５の軸回りにリング状に形成されているので、外セル５が凹部１２を有する構造であってもつぶれ変形ａが小さくされている。このため、クラウン量も大きくする必要が無く、シート縦縞に対して成形性が良い成形ロールが得られる。
【００８６】
［たわみ曲線での比較］
図８に、本実施形態の成形ロール４ａのシート噛み込み時のシート縦縞に対する成形性について、凹部が設けられていない従来の成形ロールと比較して、たわみ曲線を示す。図８において、縦軸がたわみ量を示し、横軸が成形ロールの軸方向の長さ（ロール幅）を示す。たわみ曲線とは、成形ロールの表面にニップ線圧をかけて、クラウン形成部の成形ロールの表面のたわみ量を、成形ロールの幅方向に沿ってプロットした曲線である。このシート縦縞に対する成形性（縦縞荷重に対する柔軟性）は、あくまでもクラウン量が同じ成形ロール、すなわち同じ線圧負荷条件で幅方向のたわみ量にて比較することが基本である。
【００８７】
図８に示すたわみ曲線は、図９に示すように、以下の３種類のロール形状で比較した。
【００８８】
図９（ａ）に示すように、比較例の形状（１）の外セルは、凹部が無く、本実施形態と同程度に肉厚が厚く形成した。後述する形状（３）の外セル５において、凹部１２が無い形状に相当する。図８にて、比較例の形状（１）のたわみ曲線を一点鎖線で示す。
【００８９】
図９（ｂ）に示すように、比較例の形状（２）の外セルは、凹部が無く、本実施形態よりも肉厚を薄く形成した。上述した特許文献１に記載の成形ロールに相当する。図８にて、比較例の形状（２）のたわみ曲線を破線で示す。
【００９０】
図９（ｃ）に示すように、本実施形態の形状（３）の外セル５は、凹部１２を有し、形状（２）よりも肉厚を厚く形成した。図８にて、比較例の形状（３）のたわみ曲線を実線で示す。本実施形態の形状（３）のたわみ量は、比較例の形状（２）のたわみ量とほぼ同じである。
【００９１】
比較例の形状（２）と、本実施形態の形状（３）がほぼ同じクラウン量に相当する。形状（１）は、たわみ量の参考例として示す。
【００９２】
［線圧負荷条件］
第１の実施形態の成形ロールに、幅１０ｍｍ×長さ１３００ｍｍ×１００Ｎ／ｃｍの線圧荷重を負荷した。但し、シート縦縞の発生を想定して、成形ロールの中央部における長さ３２０ｍｍの範囲に、部分的な荷重を４箇所に分散して凹凸荷重を負荷し、成形ロールのたわみの柔軟性を確認した。
【００９３】
すなわち、凸荷重はシートが有る部分を想定し、凹荷重はシートが無い部分を想定して、シート縦縞を再現した。
【００９４】
成形ロールの中央部における長さ３２０ｍｍの範囲に、部分等分布荷重として、幅１０ｍｍ×長さ４０ｍｍ×２００Ｎ／ｃｍの線圧荷重を４組、ピッチ８０ｍｍで等しく分散して負荷した。この中央部における長さ３２０ｍｍの範囲内の平均ニップ圧は、１００Ｎ／ｃｍと等しい。
【００９５】
［たわみ量の計算結果］
計算方法としては、一般的な有限要素法を用いて電子計算機でたわみ量を計算した。
【００９６】
たわみ量の計算結果を図８に示す。
【００９７】
図８に示すように、３つのたわみ曲線が示されているが、矢印Ｅで示す部分に現れているように、中央部に負荷された荷重での上下に屈曲するカーブが大きく、部分荷重に対する追従性、外セルの変形能力が優れていることを示している。
【００９８】
比較例の形状（１）は、外セルの厚さが４．６ｍｍにされ、凹部が無いので、そのたわみ量が、実施形態の形状（３）の１／２程度であり、また部分荷重した部分におけるたわみ量の変化、すなわち縦縞荷重に対する柔軟性が少ない。
【００９９】
比較例の形状（２）は、外セルの厚さが３．５ｍｍにされ、凹部が無いので、そのたわみ量が、実施形態の形状（３）と同様に大きく、また部分荷重した部分におけるたわみ量の変化、すなわち縦縞荷重に対する柔軟性が大きい。
【０１００】
実施形態の形状（３）は、外セルの厚さが４．６ｍｍにされているが、凹部を有するので、全たわみ量が、比較例の形状（２）とほぼ同様であるものの、部分荷重の部分におけるたわみ量の変化、すなわち縦縞荷重に対する柔軟性が、比較例の形状（２）に比べて大きく、縦縞荷重に対する柔軟性が大きい。換言すれば、同じクラウン量の成形ロールであっても、形状（２）に比べて、実施形態の形状（３）の成形ロールが、縦縞荷重に対する柔軟性が優れていることを示している。
【０１０１】
この柔軟性の評価は、基本的に、あくまでもクラウン量、すなわち同じ線圧負荷条件でシートの幅方向のたわみ量が同じ成形ロールで比較する。
【０１０２】
［その他の比較］
また、成形ロール４ａは、外セル５、内セル６、フランジ１０及び軸９が溶接によって成形されているので、外セル５や内セル６を個別に回転させる成形ロールに比べて、高速で回転可能である。第１の実施形態によれば、１００ｍ／ｍｉｎの回転速度で使用可能となる。
【０１０３】
外セルと内セルとが個別に回転する、特許文献２、３に記載の成形ロールでは、外セルと内セルとの摺動部分における機械的強度を高める必要がある。つまり、摺動部分における機械的強度が、この成形ロールでの耐久荷重となる。また、個別に回転する外セルと内セルのシール部分から液漏れが生じやすい。本発明の第１の実施形態における成形ロール４ａでは、外セル５と内セル６とが一体となって回転するため、摺動部分が存在しない。したがって、材料の許容強度を線圧の耐久荷重とすることができ、耐久性を高められる。さらに、ゴム、プラスチックなどほとんど用いず、金属で構成することによって耐久性が高められる。
【０１０４】
本実施形態の成形ロールに対する温調液７の供給及び排出を行うために、一般的な剛体ロールと同様に、ロータリジョイント１６を使用することが可能であり、ロータリジョイント１６の耐久性に問題はない。
【０１０５】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における成形ロール４ａの構成を説明する。
【０１０６】
図１０に、第２の実施形態における成形ロール４ａの中央部から操作側までの部分を拡大した詳細断面図を示す。
【０１０７】
第１の実施形態では、凹部１２が全て連続した雌ネジとして形成されたが、第２の実施形態では、図１０に示すように、最もフランジ１０側に形成された凹部１２の端部に隣接する位置には、切削刃物を逃がすための逃がし溝２１が、外セル５の軸回りに沿ってリング状に形成されている。逃がし溝２１を設けることによって、凹部１２の加工が容易となる。
【０１０８】
凹部１２を形成する際には、外セル５を軸回りに回転させている状態で、切削刃物を外セル５の径方向の内側から外側に向かって移動させる。その後、切削刃物を外セル５の軸方向に移動させることによって凹部１２の加工が行われる。第２の実施形態のように、逃がし溝２１を形成することによって、切削刃物を逃がし溝２１で一時的に待機させておくことが可能となり、切削刃物を外セル５の軸方向に移動させるタイミングを制御し易くなる。なお、逃がし溝２１は、外セル５の軸方向の中心に設けられてもよい。
【０１０９】
成形ロール４ａの長さが長い場合、凹部１２を形成するときの切削刃物の位置合わせが難しくなる。その場合には、適宜、逃がし溝２１を設けることで、長さが２ｍ以上の長い成形ロール４ａであっても、凹部１２の加工が容易となる。２ｍ以上の長い成形ロールでは、例えば、凹形成部１２ｐの端部及び外セル５の軸方向の中央部に逃がし溝２１を設けることによって、外セル５の軸方向の片側ずつ精度良く加工することが可能になる。なお、逃がし溝２１の軸方向の幅は、可能な限り小さく形成することで、外セル５全体の機械的強度の低下を防ぎ、外セル５の剛性、弾性のムラが生じるのを防ぐ。
【０１１０】
また、凹部形成幅１２ｐは、シート接触部（シート幅）２ｐよりもやや大きい、または同じに形成されている。クラウン形成部１５は、凹部形成幅１２ｐよりも大きく形成されている。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の構造の外セル５に、シート幅２ｐ全体が接しており、熱移動やニップ条件などの均一化が図られている。また、第２の実施形態では、外セル５の構成素材に凹部１２を加工する場合、外セル５の回転位置と刃物送りとのタイミングを合わせて加工を行うことが可能になる。
【０１１１】
第２の実施形態では、外セル５の軸方向の長さ（面長の長さ）を２０００ｍｍに形成した。このような長さの外セル５を用いることによって、面長の長さ２ｍ以上の成形ロールを製造することができる。
【０１１２】
（第３の実施形態）
図１１（ａ）に、第３の実施形態における外セル５を軸方向に平行な面で切断した部分断面図を示す。第１及び第２の実施形態では、凹部１２の断面形状を台形状に形成しているのに対し、第３の実施形態では、凹部１２の断面形状を、Ｕ字状の内面を有する形状、いわゆるＵ字型に形成した。Ｕ字型に形成することによって、凹部１２内の角部に円弧状に丸みが形成されるので、応力集中が少なくなり、凹部１２の耐久性を高めることができる。なお、凹部１２の断面形状を限定するものでなく、特に制限はない。ただし、Ｖ字状の内面を有するいわゆるＶ溝のように、谷部の切欠係数が大きくなる断面形状は、クラックが生じて破損する虞があるので注意が必要である。
【０１１３】
（第４の実施形態）
図１１（ｂ）に、第４の実施形態における外セル５を軸方向に平行な面で切断した部分断面図を示す。第４の実施形態では、凹部１２の断面形状を長方形に近い角形に形成したものである。角形の凹部１２は、角部が円弧状に設けられ、角部の切欠係数が大きくならないように構成されている。
【０１１４】
また、外セル５のニップ負荷時の最大応力は、外セル５の内周面に発生し、角形の凹部１２の内面の、残存するリブ（凸部）の面積が大きいので、外セル５の応力が低くなり、外セル５の強度的な安全率が高くなり、成形ロールの寿命が長くなる。
【０１１５】
第４の実施形態における作用は、第１の実施形態と同じであるが、凹部１２の断面形状が長方形に近い角形形状であるので、加工が単純になる。
【０１１６】
第４の実施形態における外セル５が有する角形の凹部１２において、凹部１２の深さ、凹部１２のピッチＰの範囲について説明する。
【０１１７】
［作用］
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）を参照して、凹部１２の深さに関する作用を説明する。
【０１１８】
本実施形態の成形ロールの外セル５の凹部１２の深さＤは、外セル５の径方向の厚みｔの０．１倍以上に形成されている。
【０１１９】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に、角形の凹部１２を一例として、凹部１２の深さｔ１を変更した変形例をそれぞれ示す。
【０１２０】
本実施形態の成形ロールでは、外セル５の内周面に設けられた凹部１２によって成形ロールの柔軟性を確保することを主の目的とする。加えて、本実施形態の成形ロールは、シート２への熱移動の均一性を図り、伝熱能力の向上を図ることも目的とする。
【０１２１】
成形ロール、特にタッチロールの用途では、シートの線圧が、軽荷重ロールの場合で１０〜１００Ｎ／ｃｍ程度、中荷重ロールの場合で１００〜５００Ｎ／ｃｍ程度にされている。外セル５の径方向の厚みｔ１は、成形ロールの直径と軸方向の長さ、線圧の各種の組み合わせに応じて変わるが、２ｍｍ〜２０ｍｍ程度の範囲内で形成されている。
【０１２２】
凹部１２の深さとしては、例えば図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、寸法Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で形成される構成例が挙げられる。
【０１２３】
［深い凹部］
図１２（ａ）に示すように、深さＤ１で比較的深く形成された凹部１２は、比較的薄いシート用の成形ロールである。一例として、厚さ５０μｍ程度の極薄のシートの成形ロールでは、外セル５の柔軟性を十分に得るために、外セル５の厚みｔ１が４ｍｍ、凹部１２の深さｔｄが３ｍｍ程度に形成される。
【０１２４】
この構成例では、凹部１２の深さｔｄ（＝Ｄ１）が、外セル５の厚みｔ１の０．７５倍にされているが、凹部１２の深さｔｄが、外セル５の厚みｔ１の０．９倍に形成されてもよく、凹部１２の深さｔｄの上限を特に制限するものではない。
【０１２５】
この深い凹部１２によれば、成形ロールの周面の形状を円形に保ち、かつ外セル５を薄肉に加工できるので、例えば長さが２ｍ以上の大型の成形ロールを製造することが可能になる効果がある。
【０１２６】
［浅い凹部］
図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すように、比較的浅く形成された凹部１２として、効果的な深さの範囲を説明する。
【０１２７】
図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すように、深さＤ２で比較的浅い凹部１２において、外セル５の柔軟性を十分に得る構造の一例として、外セル５の厚みｔ１が５ｍｍ、凹部１２の深さｔｄ（＝Ｄ２）が１ｍｍであり、凹部１２の深さｔｄが、外セル５の厚みｔ１の０．２倍であり、外セル５の軸方向に対する凹部１２の幅を、凹部１２のピッチＰの１／２とした。この構成の場合、外セル５の断面２次モーメントＩの値について、凹部１２の有無で、凹部１２の長手方向に平行な断面と、凹部１２の長手方向に直交する断面（幅方向の断面）とで比較する。
【０１２８】
比較した結果、凹部１２を有する場合、凹部１２の長手方向と平行な断面での断面２次モーメントの値Ｉが５２％に減少し、凹部１２の長手方向と直交する断面での断面２次モーメントの値Ｉが７８％に減少し、凹部１２の長手方向に沿って折り曲げたときの減少効果が大きい。その結果、凹部１２を有する外セル５に柔軟性を付与することができる。また、凹部１２の長手方向と平行な断面では、凹部１２が形成されていない部分も存在するが、凹部１２による断面２次モーメントの値Ｉが減少する効果が大きく、外セル５全体として残存する凹部１２による断面２次モーメントの値Ｉによって判断することができる。
【０１２９】
したがって、外セル５の厚さｔ１の０．２倍である深さ１ｍｍの凹部１２であっても、外セル５に柔軟性を付与する効果が得られ、凹部１２の深さとしては、余裕をもって、外セル５の厚さｔ１の０．１倍であっても柔軟性を得る効果がある。
【０１３０】
なお、外セル５の厚さｔ１の０．１倍である深さ０．５ｍｍの凹部では、上述と同様に計算すると、凹部１２の長手方向と平行な断面での断面２次モーメントの値Ｉが７３％に減少し、凹部１２の長手方向と直交する断面での断面２次モーメントの値Ｉが８９％に減少し、凹部１２に平行な方向に沿って折り曲げたときの減少効果が大きい。つまり、外セル５の厚さｔ１の０．１倍である深さの凹部であっても、外セル５に柔軟性を付与する効果が得られる。
【０１３１】
また、外セル５の凹部１２において、温調液７との接触面積が増加することで熱伝達性能が向上する効果は、図１２（ｃ）に示すように凹部１２の深さが浅い場合であっても、凹部１２のピッチＰを小さくすることで温調液との接触面積が増加するので、凹部１２の深さとの関連はない。しかしながら、本発明の主の目的は、選択的に外セル５の軸方向に対する柔軟性を改善することにあるので、外セル５の柔軟性を優先的に確保する。
【０１３２】
また、凹部１２の深さについて、厚さ５０μｍ程度の極薄のシートの成形ロールを一例として挙げたが、厚さ０．１ｍｍ程度の薄いシートに対して３００Ｎ／ｃｍ程度のニップ圧で高い荷重を負荷する中荷重ロールであっても、本実施形態を同様に適用することが可能であり、柔軟性を付与するのに有効である。したがって、本発明における凹部１２の深さは、外セル５の厚さｔ１の０．１倍以上であればよい。
【０１３３】
［作用］
凹部１２のピッチＰに関する作用について説明する。
【０１３４】
本実施形態の成形ロールの外セル５は、凹部１２のピッチ（隣接する凹部１２間のピッチ）Ｐが、凹部１２の底面における外セル５の径方向の最小厚みｔｔの１０倍以下にされている。
【０１３５】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に、角形の凹部を一例として、凹部１２のピッチＰの各種の変形例を示す。
【０１３６】
上述したように本実施形態の成形ロールは、外セル５の内周面に設けられた凹部１２によって成形ロールの柔軟性を確保することを主の目的とする。加えて、本実施形態の成形ロールは、シート２への熱移動の均一性を図り、伝熱能力の向上を図ることも目的とする。
【０１３７】
凹部１２の深さに関する説明で述べたように、成形ロールとして、特にタッチロールの用途では、シート２の線圧が１０〜５００Ｎ／ｃｍ程度、外セル５の径方向の厚みｔ１が２ｍｍ〜８ｍｍ程度である。凹部１２のピッチＰとしては、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の構成例が挙げられる。
【０１３８】
［小ピッチ］
図１３（ａ）に示すように、ピッチＰ１の凹部のように、ピッチＰを小さくすることで、成形ロールの柔軟性と伝熱特性を、成形ロールの軸方向に対して、より一層、均一化することができる。しかしながら、凹部１２のピッチＰを小さくすることで凹部１２の加工時間が長くなり、製造コストの増加を招いてしまう。
【０１３９】
上述の第１の実施形態では、外セル５の最小厚みｔｔが３．１ｍｍ、外セル５の厚みｔ１が５ｍｍ、ピッチＰが４ｍｍであり、（ピッチＰ／外セル５の厚みｔ１）の比が、０．８０であり、比較的小ピッチである。また、（ピッチＰ／外セル５の最小厚みｔｔ）の比は、１．２９である。
【０１４０】
［大ピッチ］
図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すように、ピッチＰを大きくすることで、凹部１２の加工を容易に行うことが可能であるが、成形ロールの軸方向に対して柔軟性と伝熱特性にムラが生じるおそれがある。図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すピッチＰ２，Ｐ３の凹部１２は、（ピッチＰ／外セル５の厚みｔ１）の比が１．３程度であり、比較的大ピッチである。また、（ピッチＰ／外セル５の最小厚みｔｔ）の比は、３．２である。
【０１４１】
現状の成形ロールの設計では、外セル５の最小厚みｔｔが１．０ｍｍ、外セル５の厚みｔ１が８ｍｍ、ピッチＰが１０ｍｍ程度であっても、十分に実現性がある。この構成の場合、（ピッチＰ／外セル５の厚みｔ１）の比は、１．２５程度であり、比較的大ピッチである。また、（ピッチＰ／外セル５の最小厚みｔｔ）の比は、１０である。この構成の場合、ピッチＰを設定する指標としては、熱的なムラの発生に影響を及ぼす（ピッチＰ／外セルの最小厚みｔｔ）の比を用いるのが便利である。
【０１４２】
したがって、本発明における凹部１２のピッチＰの範囲としては、（ピッチＰ／外セル５の最小厚みｔｔ）の比が１０倍以下であればよい。
【０１４３】
（第５の実施形態）
図１４に示す凹部１２の形状は、残存リブ（凸部）の過度な冷却を防止することを目的とする。この凹部１２は、外セル５の軸方向に対する柔軟性を得るためのものであるが、外セル５の内周面の残存リブの冷却が過剰である場合に外セル５の表面から伝熱性能に、軸方向におけるムラが発生する。そのため、本実施形態では、凹部１２の残存リブからの熱移動を遮断して、伝熱性能のムラが少なくされている。外セル５の軸方向における残存リブの厚さを小さくすることで、残存リブの先端からの伝熱断面積が少なくなり、残存リブが過度に冷却されることが防止される。
【０１４４】
このため、図１４に示すように、本実施形態の凹部１２の底面の幅Ｗｂは、隣接する凹部１２間の幅である残存リブの先端の幅Ｗａよりも大きく形成されている。この凹部１２を加工する際、図１４に示すような断面Ｌ字状の切削刃物を外セル５の軸方向に移動させることで、凹部１２のねじ切り加工を行う。凹部１２の内部の底面側（外セル５の径方向の外側）に向かって幅が広くなる形状に加工することができる。
【０１４５】
（第６の実施形態）
凹部１２は、複数の形状が組み合わされて構成されてもよい。図１５に、第６の実施形態における外セル５が有する凹部１２の構成例の断面図を示す。図１５に示すように、２種類の角形の凹部１２ａと台形の凹部１２ｂとが交互に並ぶように二重ネジ構造で形成し、一組の角形の凹部１２ａと台形の凹部１２ｂが隣接する凹部間のピッチＰで、凹部リードＰＰで構成した。この２種類の角形の凹部１２ａ、台形の凹部１２ｂは、深さ、軸方向の幅、凹部１２の形状が異なるが、二重ネジ構造で繰り返す形状が得られ、第１及び第２の実施形態と同様に外セル５の柔軟性を確保することができる。
【０１４６】
なお、凹部１２を延ばす形成方向は、外セル５の軸方向に対して斜め方向でもよい。すなわち、部１２を多条ネジの雌ネジ状に形成する。凹部１２が延びる方向を軸方向に対して傾けることによって、対する成形ロール４ｂとの接触部に溝部と山部とが混在して接触するので、成形ロールの回転が滑らかになる。これはハスバ歯車が平歯車よりも滑らかに回転することと同じ原理である。
【０１４７】
この凹部１２を軸線に対して傾斜させて配置することで、軸線に直交する断面方向と、軸線に平行な断面方向とにおいて、外セル５の剛性、バネ定数の大きさを調整することが可能になり、成形ロールの設計の自由度を向上し、種々の特性の成形ロールを得ることができる。例えばニップ幅が大きいタッチロールを製造することができる。
【０１４８】
（第７の実施形態）
図１６に示すように、外セル５が軸９に対して嵌め込み方式で構成することで、ロール本体に対して外セル５が着脱可能に構成されてもよい。
【０１４９】
外セル５をロール本体に対して着脱可能に構成することで、複数種類の線圧の成形ロールを構成することが可能になり、外セル５の表面が損傷した場合に、外セル５のみを交換することが可能になる。
【０１５０】
外セル５は、軸９に対して外セル５の操作側から軸方向に差し込み、フランジ１０に固定ボルト２９で固定される。外セル５の両側端面には、Ｏリング等のシール３５が配されており、シール３５によって温調液７の漏出が防止されている。２種類の外セル５を用意し、外セル５を交換して使うことで、複数の成形ロールを製造する場合と比べて、成形ロールの製造コストを低減することができる。
【０１５１】
また、外セル５の操作側の外径は、シート２の成形部分の外径と同じなので、オペレータがニップ部のロール噛み込み状態を目視することでバンクの有無などを点検することが可能なので都合がよい。なお、外セル５の駆動側（モータ側）の外径は、外セル５をフランジ１０に固定するために操作側の外径よりも大きく形成されている。
【０１５２】
また、外セル５の操作側の長さは、相手側となる成形ロールと長さ方向（軸方向）の端面を揃えて製作することができる。操作側を長く形成する必要はないが、駆動側は、相手側となる成形ロールに当接するので、フランジ１０の部分のみ長く形成される。
【０１５３】
上述した第１から第６の実施形態では、二重管ロール、すなわち外セル５及び内セル６を有する構成であったが、内セル６が無い、一重管構造の成形ロールとして構成されてもよい。
【０１５４】
図１６に示すように、第７の実施形態の成形ロールは、内セル６が無く、上述した実施形態における外セル５に対応するセル５を支持する軸９を有する構成である。成形ロールの内部には、軸９の周面に、軸回りに沿ってスパイラル状に延びるガイド壁２０が設けられている。
【０１５５】
また、図１６に示した構成では、軸９が、セル５を軸方向に貫通する１つの軸として構成されているが、分割された複数の軸部を連結して構成されてもよい。この構成の場合、成形ロールの中央に位置する軸部は、セル５が連結されるのみの構造である。この構成は、比較的大径で軸方向の長さが比較的短い成形ロールに適用されて好ましい。
【０１５６】
また、この構成では、セル５の肉厚が比較的厚く、例えば線圧３００〜５００Ｎ／ｃｍ程度の線圧が比較的大きい成形ロールに適用することができる。また、この構成は、タッチロールではなく、キャストロールに適用されてもよい。
【０１５７】
第７の実施形態におけるセル５は、第１から第６の実施形態に比べて直径を大きくし、厚肉にし、さらに表面積を大きくし、温調能力を高めている。ＢＯＰＰ（Ｂｉ−ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：２軸延伸ポリプロピレン）を成形するためのキャストロールなどの高速、高冷却能力が必要な成形ロールに適する。第６の実施形態における成形ロールを用いた場合、シート２の厚さとして０．１５ｍｍ〜０．８ｍｍ、成形速度は１２０ｍ／ｍｉｎまで可能である。
【０１５８】
（第８の実施形態）
本実施形態の成形ロールの加熱冷却方式は、上述した温調液７を用いた加熱冷却方式に限定されるものではなく、電気誘導、気体、気液混合流体を用いた他の加熱冷却方式や、成形ロールの内部に温調流体としてのヒートパイプ液を封入してヒートパイプ液を介して間接的に熱交換する加熱冷却方式であってもよい。
【０１５９】
［気体温調方式］
上述した実施形態では、液体である温調液７が用いられたが、気体が用いられてもよい。上述した実施形態の外セル５が有する凹部１２は、いわゆる熱交換用フィンとしても機能するので、気体が用いられても温調能力が得られる。なお、温調流体として気体を用いる場合には、液体を用いる場合に比べて流速を高くすることが好ましい。
【０１６０】
［２段階温調方式］
また、上述した実施形態では、外セル５の内周側の空間に、液体や気体などの温調流体を直接回流させることで成形ロールの温度調節を行うように構成したが、例えば外セル５の内周側に空間において、第１の温調流体と第２の温調流体を用いて、第１の温調流体と第２の温調流体との間で間接的に熱交換することで、成形ロールの温度調節を行うように構成してもよい。
【０１６１】
図１７に、第８の実施形態の成形ロールの構成例の断面図を示す。図１７に示すように、第７の実施形態の成形ロールは、外セル５の内部に、第１の温調流体として温調液７が内部を回流する別のセルとしての円筒状の仕切りセル３０が設けられている。本実施形態では、外セル５の内周面と仕切りセル３０の外周面との間に、第２の温調流体として気液混合流体であるヒートパイプ液３１が封入されている。ヒートパイプ液３１は、外セル５と仕切りセル３０との間の空間の容積の例えば２／３程度を満たすように封入されている。また、軸９の外周には、スパイラル状のガイド壁２０ｂが設けられており、仕切りセル３０内を回流する温調液７が撹拌される。
【０１６２】
また、外セルには、外セル５と仕切りセル３０との間の空間に連通するプラグ３２ａ，３２ｂが設けられており、ヒートパイプ液３１を注入、排出、封止することが可能に構成されている。また、必要に応じて、プラグ３２ａ，３２ｂの近傍に圧力計が配置されてもよく、ヒートパイプ液３１が封入された空間内の圧力を検出することによって、空間内の気体の有無や圧力を制御することが可能になる。
【０１６３】
なお、図１７に示す構成におけるヒートパイプ液３１を満たした空間について、空間内に直接ヒートパイプ液３１を満たすのではなく、図示しないが、銅などの細管等にヒートパイプ液３１を封入して耐圧構造としたものを複数並べて配置し、その周囲を温調液７で満たしてもよい。この構成の場合、温調液７として、成形ロールの使用温度にて気液変化が生じない水やオイル等のような液体を選択すれば、細管等の圧力制御を簡易な構成で行える。
【０１６４】
本実施形態の成形ロールによれば、上述した実施形態と同様に、柔軟性を得ると共に、ヒートパイプ液３１の均一温度性能を利用して外セル５の外周面の軸方向にわたって均一な温度特性を得る効果がある。
【０１６５】
（その他の実施形態）
第１の実施形態では、凹部１２を１条ネジのように螺旋状を描いて延在させたが、円を描くように延在させたリング状の凹部が複数設けられてもよい。この場合、成形ロール４ａの軸を中心に完全な軸対称の構造が得られ、外セル５の機械的強度のばらつきが軽減される。また、小型凹部１３に相当する箇所の凹部の深さを段階的に小さくし、外セル５の機械的強度を段階的に変化させることで、凹部が形成され始めている境界での応力を緩和させることもできる。
【０１６６】
なお、上述した実施形態では、図１に示した一対の成形ロールのうち、シート２が巻き付かない成形ロール４ａに適用されたが、シート２が巻き付く成形ロール４ｂに適用されてもよい。また、第１から第７の実施形態において、成形されるシートの厚さの一例を挙げて説明したが、上述したシートの厚さ用の成形用ロールに限定するものではない。
【０１６７】
さらに、本実施形態の成形ロールは、シートの成形ロール以外の他のロールに適用されてもよい。
【０１６８】
本実施形態の成形ロールは、冷却、加熱能力が優れているので、この特性を生かして、シート成形用ロール以外の、加熱、予熱及び冷却を必要とするロール、例えば製紙装置のドライヤーロール、印刷機のロールなどの他の産業用ロールに用いられて好適である。
【符号の説明】
【０１６９】
１  成形装置
２  シート
４ａ、４ｂ、４ｃ  成形ロール
５  外セル
６  内セル
７  温調液
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ  流路
１２  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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