(57)【要約】【課題】一の領域で改善された濡れ及び転写を提供し、第２領域から材料の均一な剥離を可能にする、十分な温度差を有する少なくとも２つの領域をローラの周辺に設ける。【解決手段】可変温度表面を有するキャスティングローラは、回転可能な円筒状シェル１２を含む。軸方向に整列した加熱電気素子１４は、等間隔で、回転可能な円筒状シェルの外面の内側にある。ブラシアセンブリ１６は、回転可能な円筒状シェルが軸の周りで回転する間の一部の期間中に加熱素子と電気的に接触する。固定コア２６は、回転可能な円筒状シェルの内部にある。環状空間は、固定コアと回転可能な円筒状シェルとの間にある。冷却流体２２は、環状空間の少なくとも一部分を満たす。【選択図】図１
2009509102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変温度表面を有するキャスティングローラであって、
回転可能な円筒状シェルと、
前記回転可能な円筒状シェルの外面の内側に、等間隔で、軸方向に整列した加熱電気素子と、
前記回転可能な円筒状シェルが軸の周りで回転する間の一部の期間中に、前記加熱素子と電気的に接触するブラシアセンブリと、
前記回転可能な円筒状シェル内部の固定コアと、
前記固定コアと前記回転可能な円筒状シェルとの間の環状空間と、
前記環状空間の少なくとも一部分を満たす冷却流体と
を含む、キャスティングローラ。
【請求項２】
バッフルが前記環状空間の一部分に前記冷却流体を閉じ込める、請求項１記載のキャスティングローラ。
【請求項３】
前記冷却流体が６０℃から３５０℃（１４０°Ｆから６６２°Ｆ）の動作温度範囲を有する有機合成媒体からなる群から選択される、請求項１記載のキャスティングローラ。
【請求項４】
前記流体の粘度が８．２センチポアズから０．２６センチポアズまで変動する、請求項３記載のキャスティングローラ。
【請求項５】
前記媒体の比熱が６０℃時の１．６２ｋＪ／ｋｇ＊Ｋから３６０℃時の２．８２ｋＪ／ｋｇ＊Ｋまで変動する、請求項３記載のキャスティングローラ。
【請求項６】
熱伝導率が６０℃時の０．１２５Ｗ／ｍ＊Ｋから３６０℃時の０．０８６Ｗ／ｍ＊Ｋまで変動する、請求項３記載のキャスティングローラ。
【請求項７】
前記媒体の密度が６０℃時の１０１６ｋｇ／ｍ３から３０６℃時の８０１ｋｇ／ｍ３まで変動する、請求項３記載のキャスティングローラ。
【請求項８】
前記加熱素子がカートリッジヒーターである、請求項１記載のキャスティングローラ。
【請求項９】
前記ヒーターが直径０．２５インチであり、約６０Ｗ／ｉｎ２の熱流束出力を有する、請求項８記載のキャスティングローラ。
【請求項１０】
可変表面温度を有するキャスティングローラであって、
回転可能な円筒状シェルと、
前記回転可能な円筒状シェル内部の固定コアと、
前記固定コアと前記回転可能な円筒状シェルとの間の環状空間と、
前記環状空間に第１及び第２領域を形成するバッフルと、
前記第１環状空間を循環する第１温度の第１流体と、
前記第２環状空間を循環する第２温度の第２流体と
を含む、キャスティングローラ。
【請求項１１】
前記第１流体が冷却流体であり、６０℃から３５０℃（１４０°Ｆから６６２°Ｆ）の動作温度範囲を有する有機合成流体からなる群から選択される、請求項１０記載のキャスティングローラ。
【請求項１２】
前記流体の粘度が８．２センチポアズから０．２６センチポアズまで変動する、請求項１１記載のキャスティングローラ。
【請求項１３】
前記流体の比熱が６０℃時の１．６２ｋＪ／ｋｇ＊Ｋから３６０℃時の２．８２ｋＪ／ｋｇ＊Ｋまで変動する、請求項１１記載のキャスティングローラ。
【請求項１４】
前記流体の熱伝導率が６０℃時の０．１２５Ｗ／ｍ＊Ｋから３６０℃時の０．０８６Ｗ／ｍ＊Ｋまで変動する、請求項１１記載のキャスティングローラ。
【請求項１５】
前記流体の密度が６０℃時の１０１６ｋｇ／ｍ３から３６０℃時の８０１ｋｇ／ｍ３まで変動する、請求項１１記載のキャスティングローラ。
【請求項１６】
前記第１環状空間が一度に前記シェルの外周の３分の１に及ぶ、請求項１０記載のキャスティングローラ。
【請求項１７】
前記第２環状空間が一度に前記シェルの外周の３分の２に及ぶ、請求項１０記載のキャスティングローラ。
【請求項１８】
前記回転可能な円筒状シェルが肉薄であり、シューがニップ位置で前記回転可能な円筒状シェルを支持する、請求項１０記載のキャスティングローラ。
【請求項１９】
材料のウェブをキャストする方法であって、
前記ウェブを前記ローラの加熱帯内に接触させ、
前記ウェブをキャスト温度に上昇させ、
前記ウェブに圧痕を形成し、
前記ウェブを前記ローラの冷却帯の少なくとも一部分を介して前記ローラと接触した状態に維持し、
前記ウェブが冷却された後に前記ウェブを前記ローラから剥離させる
ことを含む方法。
【請求項２０】
前記ローラの表面温度がウェブのガラス転移温度より摂氏３０度から摂氏６０度高い温度に上昇させる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ローラの表面温度がウェブのガラス転移温度より摂氏３度から摂氏５度低い温度に低下させる、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
可変表面温度を有するキャスティングローラであって、
回転可能な円筒状シェルと、
前記回転可能な円筒状シェル内部の固定コアと、
前記固定コアと前記回転可能な円筒状シェルとの間の環状空間と、
前記環状空間に第１及び第２領域を形成するバッフルと、
前記第１環状空間を循環する第１温度の第１流体と、
前記第２環状空間を循環する第２温度の第２流体とを含み、
前記回転可能な円筒状シェルが肉薄であり、
ニップ位置で前記回転可能な円筒状シェルを支持するシューを含む、キャスティングローラ。
【請求項２３】
前記シューを包囲する前記バッファによって第３領域が形成され、
第３温度の第３流体が前記第３領域にある、請求項２２記載のキャスティングローラ。
【請求項２４】
前記第３流体が前記シューを潤滑化する、請求項２３記載のキャスティングローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、キャスティングローラに関し、具体的には、半径方向可変表面温度を有するキャスティングローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
押出成形及びエンボス加工の工程において、溶融材料又はウェブ材料と接触するローラの表面温度は、重要なプロセスパラメータである。典型的なローラ設計は、流体媒体の内部循環により設定される単一のローラバルク温度を提供する。最高温度は、通常、材料をローラ表面から容易に剥離することのできる値に制限される。
【０００３】
この問題を解決する１つの試みは、期間満了した先行技術、米国特許第２，５２６，３１８号に見ることができ、それは、可変温度の２つの領域を提供する構成を漠然と記載しているが、設計基準又は実行能力の詳細を提供していない。その後の先行技術、米国特許第５，９４５，０４２号、第６，２６０，８８７号、及び第６，５６８，９３１号は、同様に、ローラの周囲の領域に２以上の温度をもたらす方法を記載しているが、設計基準又は実行能力の詳細を提供していない。先行技術米国特許第６，５５４，７５５号は、温度差のある局所的領域を提供する能力を有するローラ設計を記載しているが、この方法の唯一の実施形態は、シェルの撓みを補償する手段を作ることである。
【０００４】
溶融材料又はウェブのどちらでもその接触点では、材料とローラ表面との間の接触を改善し、ローラ表面の転写を改善するために、より高温の領域が望ましいが、この温度は、通常、ローラ表面から材料を剥離可能にするのには高温すぎる。したがって、ローラ表面の濡れ及びパターン転写を制限する剥離点ではより低い表面温度が要求される。
【特許文献１】米国特許第２，５２６，３１８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９４５，０４２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２６０，８８７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５６８，９３１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，５５４，７５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、一の領域で改善された濡れ及び転写を提供し、第２領域から材料の均一な剥離を可能にする、十分な温度差を有する少なくとも２つの領域をローラの周辺に設けることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔に言うと、本発明の一態様によれば、可変温度表面を有するキャスティングローラは、回転可能な円筒状シェルを含む。軸方向に整列した加熱電気素子は、等間隔で、回転可能な円筒状シェルの外面の内側にある。ブラシアセンブリは、回転可能な円筒状シェルが軸の周りで回転する間の一部の期間中に加熱素子と電気的に接触する。固定コアは、回転可能な円筒状シェルの内部にある。環状空間は、固定コアと回転可能な円筒状シェルとの間にある。冷却流体は、環状空間の少なくとも一部分を満たす。
【０００７】
本発明は、ローラの直径、シェルの厚さ及び構成材料の影響を調査する有限要素解析に基づいて詳細な設計基準及び予想実行能力を提供する。
【０００８】
本発明並びにその目的及び利点は、以下に提示される好適な実施形態の詳細な説明で一層明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、特に、本発明に係る装置の一部を形成する要素、又は本発明に係る装置とより直接的に協働する要素に向けられる。特に図示されず又は記載されていない要素は、当業者に周知の様々な形を取ることができることを理解されたい。
【００１０】
実施形態１−流体媒体冷却を伴う電気的に加熱されるシェル
ローラの外側シェル１２は、シェルの外面近くに密集した一連の電気加熱素子１４を収容するように機械加工される。ローラに取り付けられたブラシアセンブリ１６は、所望の加熱帯１８のヒーターにのみ電力を供給するために利用される。外側シェル１２の内面２０は、加熱素子によって加えられた熱を除去し、かつ加工材料から熱を除去し続けるために、流体媒体２２にさらされる。流体媒体注入口３２は市販の回転継手を用いてローラに取り付けられる。シェルの直径は、所望の加熱滞留時間、最終冷却温度、ライン速度及び構成材料に基づいている。冷却領域２４は、図１及び図１０に示した外側シェル１２及びキャスト材料８６から熱を除去する。流体媒体２２は内面２０の下の環状領域内を循環する。
【００１１】
実施形態２−異なる温度の熱流体媒体によって作り出される２つの表面温度帯を有するローラ
図２を参照すると、外側シェル４６はカーボン軸受５４上で固定内側シェル（固定子）４０の周りを回転する。カーボンシール５２が流体の漏洩を防止するように軸受に隣接して設けられている。固定子は少なくとも２つの別々の流路４２と一体となって機械加工される。固定子４０と外側シェル４６との間の密嵌バッフル４４は、流体流間の境界を形成する。高温流体４７は固定子４０の一部分を通って循環する。それがこの領域を通過するときに外側シェル４６と接触して、該シェルを所望のプロセス温度に加熱する。第２領域は、低温流体４９を循環させることによって、より低い温度に維持される。固定子４０は、高温帯と低温帯との間の接触点を最小化するように設計される。
【００１２】
実施形態３−内部支持体及び２つの異なる温度領域を有する肉薄シェルローラ
この実施形態は、内側シェルが固定され、外側シェルが内側シェルの周りで回転し、かつ２つの温度帯が熱媒体の循環によって形成されるという点で、上記の実施形態と同様である。この実施形態は、一連の旋回荷重シュー７２によって内部支持される肉薄外側シェル７０を利用する。荷重シュー７２は、外側シェル７０に与える力を変化させ、熱的及び機械的荷重による外側シェルの変形を補償するために、独立に調整可能である。熱媒体は、シューを含む領域内を循環し、高温領域及び冷却領域を形成するために、第１軸方向バッフル７４及び第２軸方向バッフル７６によって２つの地点で阻流される。この伝熱媒体は、また、シューとシェルの内面との間の流体力学的潤滑剤としても役立つ可能性がある。
【００１３】
肉薄外側シェル７０は、より迅速に加熱及び冷却することが可能な、より熱に応答するシステムを提供するので、この用途では有利である。これはまた、同等のライン速度に対するより小さい直径として実現することができる。より小さい直径は、パターン化表面を形成するためのより少ない労力及び所与の負荷に対するニップのより高い接触応力につながる。
【００１４】
図３Ａ、図３Ｂ及び図１０を参照すると、ローラは少なくとも３つの主要領域からなる。この説明において、外側シェル７０はこれらの領域に対して反時計方向に回転する。冷却領域４１は、シェルの内面２５に曝露される一連の流路４２を形成する。高温流体２の供給路６０は熱を除去するためにシェルの内面に突き当たる。高温流体２の戻り路は流路４２から流体を集めて、その流れをローラから外へ向かわせる。密嵌バッフル４４は、冷却領域と荷重シュー領域４５との間で流体の分離をもたらすために、冷却領域４１の入口に配置される。第１軸方向バッフル７４は、冷却領域４１と再加熱領域４３との間で流体を分離させるために、冷却領域４１の出口に配置される。冷却領域４１と同様に、再加熱領域４３は、高温流体１の供給路５６がシェルの内面に流体を衝突させ、高温流体１の戻り路５８を介して流体を除去する、流れ分布領域である。第２軸方向バッフル７６は、この領域を荷重シュー領域４５から分離するために、この領域の出口に取り付けられる。この領域の目的は、ニップ点３５に入る前にシェルの温度を上昇させることである。
【００１５】
荷重シュー領域４５は、荷重シュー７２のそれぞれを収容するために、長さに沿ってポケット２９を形成するように機械加工された軸方向部材からなる。各荷重シューに加えられる力は、シューローディング機構７８の手段によって独立に調整可能である。手動制御式ウォームねじ調整機構が示されているが、この実施に限定されない。高温流体３の供給路４８は、この地点で流体力学的潤滑剤に相当する流体の連続供給を維持するために、荷重シュー７２とシェル界面との間の入口に配置される。高温流体３の戻り路５０は、ローラから除去するための過剰流体を収集する。これらの領域のそれぞれは、固定内側シェル４０の周辺に配設され、熱膨張差に適応するように中心点において拘束される。固定内側シェル４０は、両端部が支持ブラケット８０を介して機械構造物に強固に取り付けられる。外側シェル７０は、各端部に取り付けられた軸受２８を介して固定内側シェル４０の周りで回転するように拘束される。シール３０は、内側流動室からの流体の漏洩を防止するために、軸受２８に隣接している。駆動スプロケット８２は、ニップ力及び内部摩擦力に打ち勝つようにシェルを回転させるために使用することができる。
【００１６】
これらの実施形態のそれぞれは、処理されるキャスト材料の物理的特性、所望のプロセス条件、ローラの物理的特性及び所望の製造速度に基づく無次元パラメータの観点から説明することができる。熱伝達の教科書は、同様の方法を用いて過渡熱伝達を説明するが、２以上の熱伝達プロセスを前提として、キャスト材料及びローラ設計基準の組み合わせを考慮する設計の直接的方法については教示していない。
【００１７】
無次元温度比θは、次のパラメータ、すなわち伝熱媒体のバルク温度として記載されるＴｉｎｆｉｎｉｔｙ、特定のプロセス関数に応じたローラシェル又はキャスト材料の初期温度として定義されるＴｉｎｉｔｉａｌ、及び所与のプロセス作業の終了時の所望の温度として定義されるＴｅｎｄに基づいて成立させることができる。この比の値は、小さい方が所望のプロセス目標を達成する効率が高いことを示す。
【００１８】
【数１】
2009509102.tif 000003
【００１９】
別の無次元パラメータは、公開文献で一般にτと称される無次元時間を成立させることができる。このパラメータは、材料の熱拡散率及び厚さを利用することによって、時間の次元を正規化することができる。
【００２０】
【数２】
2009509102.tif 000004
【００２１】
図４は、無次元温度比θが縦座標にプロットされ、無次元時間が横座標にプロットされた図表を示す。曲線群は、下の式に示されるように、指数形式である。
【００２２】
【数３】
2009509102.tif 000005
【００２３】
この式に示された係数は、様々なプロセスシミュレーションの有限要素結果に当てはめられ、キャスト材料の物理的特性、ローラの形状及びローラの物理的特性に関連付けられる。近似曲線の添字はｃｌで終わる。曲線の添字ａｌ、ｓｔｅｅｌ、ａｇ及びｃｕは、シェル構成材料、すなわちアルミニウム、鋼、銀及び銅をそれぞれ示す。さらに、０６２５及び１２５という添字の数値は、１６分の１インチ（０．００１５８ｍ）及び８分の１インチ（０．００３１ｍ）というシェルの厚さ値をそれぞれ示す。計算は、３５０Ｂｔｕ／（ｈｒ＊ｆｔ２＊°Ｆ）（１９９０ワット／（ｍ２＊℃））の伝熱係数ｈ、及び０．００５ｆｔ２／ｈｒ（０．００００００１３ｍ２／ｓ）の熱拡散率を有する市販のプラスチック材料の冷却に基づく。
【００２４】
ローラの設計は、特定の要件設定に関してこれらの式から決定することができる。各帯の温度、伝熱媒体の温度及び溶融材料の温度に基づいて無次元温度比を定義すると、図４の図表を使用して、所与の作業条件及びローラの形状に対するプロセス効率を決定することができ、又は選択されたプロセス効率に対して、所与のローラ直径、シェルの厚さ及び構成材料の場合の作業速度を決定することができる。図５は、有限要素計算の結果得られるシェル再加熱のための無次元時間τに対する無次元温度比θをプロットする図表を示す。添字は図４に対して示したものと同じ凡例に従う。計算は、３５０Ｂｔｕ／（ｈｒ＊ｆｔ２＊゜Ｆ）（１９９０ワット／（ｍ２＊℃））の内部伝熱係数ｈ、及び３Ｂｔｕ／（ｈｒ＊ｆｔ２＊゜Ｆ）（１７．０３ワット／（ｍ２＊℃））の外部伝熱係数に基づく。
【００２５】
ここで、図１０を参照すると、軸方向応従性加圧ローラが一般的に符号１０で示される。軸方向応従性加圧ローラ１０は一般的に固定内部コア２６及び固定内部コア２６に取り付けられた複数の荷重シュー７２から構成される。一連の非磁性仕切り板が複数の環状室を形成し、荷重シュー７２のそれぞれが環状室の１つを占有する。
【００２６】
図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、偏心して取り付けられた荷重シュー７２が図示されている。回転軸１５及びシュー調整ピン１７が荷重シュー７２に取り付けられる。非磁性金属材料が荷重シュー７２の構成に使用されるが、本発明はこの実施形態に限定されない。荷重シュー７２の曲面３３は、薄壁外側シェル７０の内面の曲率より少し小さい曲率を有する。これは、これらの構成要素間の界面に集束断面を形成する。
【００２７】
図１０において、軸方向応従性加圧ローラ１０は、軸方向応従性加圧ローラ１０の主支持構造である、回転しない固定コア２６を含む。非磁性金属材料が固定コア２６の構成に使用されるが、本発明はこの実施形態に限定されない。固定コア２６は、軸穴２７が設けられた円筒形の形状を有する。これらの穴の少なくとも１つは、磁界発生器３７を収容するために使用される。好ましい実施形態において、１つの磁界発生器３７は、複数の荷重シュー７２のそれぞれに関連付けられる。これは、壁の薄い外側シェル７０への局部調整を可能にする。代替的実施形態において、磁界発生器３７は、図３Ｃに示したように複数の荷重シュー７２のそれぞれに配置することができる。
【００２８】
軸穴２７は、コア内での伝熱媒体の循環のために使用される。荷重シュー７２の支持体として役立つように、半径方向に一連のポケット２９が形成される。固定コア２６の台座は、軸受２８及び流体シール３０の装着を可能にする。
【００２９】
動作中に、荷重シューに対する薄壁シェルの相対速度によって生じる剪断応力を受ける粘性流体の流体力学的影響は、粘性流体の集束領域１１内に圧力プロファイルを生み出す。この圧力は、シェルの薄壁シェル湾曲内面２５及びシュー３３の曲面に作用する。シューに作用する圧力は、結果的に、圧力中心で曲率に垂直な力をもたらす。この力は、荷重シュー７２に作用するばね予圧力によって対抗される。回転する薄壁外側シェル７０に作用する圧力は、シェルに対する内力を生じる。内部流体力学的作用及び外部ニップ力からシェルに対して働く力の正味差は、結果的にこの領域の薄壁シェルに局部的変形をもたらす。
【００３０】
シェルの構造設計はビーム屈曲基準又はシェル破砕基準に支配されないので、この実施形態では、小径の薄壁シェルが可能である。外部ニップ力を受けるシェルの表面は、磁気流動性流体（図示せず）及び荷重シュー７２の相互作用によって生じる圧力によって直接内部支持されるので、シェルの壁の厚さを著しく薄くすることができる。
【００３１】
薄壁外側シェル７０は、固定コア２６の周りで回転するように、軸受２８によって拘束される。シェルの回転は、図１０に示したニップ点３５における摩擦力によって、又は駆動スプロケット８２によって示される外部駆動機構によって、伝えることができる。シェルの湾曲した内面２５に沿って、所与の集束界面、相対速度及び流体粘性に対し、均一な圧力が生じる。流体の速度を変化させることによって、環状室を荷重シュー７２、磁気レオロジー流体及び軸方向可変磁界発生器３７とともに、可変流体力学的圧力にさらすことができる。薄壁シェルに沿って軸方向可変圧力を働かせる能力は、結果的に小規模の局部的変形変化を他の先行技術よりずっと高い頻度で引き起こす。
【００３２】
図８は、ニップ点におけるローラ表面の半径方向プロファイルに対するこの装置の可変内部圧力能力の影響をモデル化するために使用した有限要素計算の結果を示す。シェルの寸法は、次の量、すなわち約１８００ｌｂ−ｉｎ（２０３ニュートン＊ｍ）の曲げ剛性及び０．０２５のシェルの厚さ対直径比の観点から表わすことができる。曲げ剛性は、材料の弾性率とシェルの厚さの３乗の積を、生産量の定数値１２と差の量の１とポアソン比の２乗の積で除算した量と定義される。回転軸と平行な局部的領域に沿って薄壁外側シェル２４に掛かる２５０ｐｓｉ（１．７２４ＭＰａ）の平均ニップ圧は、この計算に使用される。変数（ＵＸ）は、加えられるニップ圧領域に対して垂直でもあるｘ方向の半径方向変位である。大きい正値ほど、ローラシェルの中心方向への変位が大きいことを示す。
【００３３】
菱形の印付き曲線は、内部支持が無い場合にニップ荷重の下で予想されるシェル変形を表わす。三角形の印付き曲線は、５０ｐｓｉ（０．３４４ＭＰａ）の平均圧力でシェルの中心で働く荷重シュー７２の曲面に相当する領域に局部的圧力を加えた影響を表わす。矩形の印付き曲線は、シェルの内面に沿って１５ｐｓｉから２０ｐｓｉ（０．１０３ＭＰａから０．１３７ＭＰａ）の範囲の勾配圧力プロファイルを加えることによって得られた半径方向変形への正の影響を表わす。流体力学的基本原理を利用して、２５０ｌ／ｓの平均剪断速度で外側シェルとシューの曲面との間で剪断される約１０Ｐａ−ｓの粘度の流体を前提として、約３０ｐｓｉ（０．２０６ＭＰａ）の圧力をこの領域に生じさせることができることが算出された。
【００３４】
図１０は、押出しキャストウェブ形成で利用される典型的な２つのローラニップの断面図を示す。軸方向応従性加圧ローラ１０は、溶融樹脂８６及び第２ローラ８４の界面にぶつかって半径方向に荷重される。結果として生じるシェル表面変形は、レーザ三角測量ゲージ又は渦流装置などの非接触変形検出器８８を利用して、測定することができる。この測定データは、変形信号９０を磁界発生器３７の１以上の強度を変化させるマイクロプロセッサ９２に送信することによって、ローラの軸に沿った内部荷重状態を制御するために利用することができる。
【００３５】
前述の磁気レオロジー流体に加えて、この装置は、磁気レオロジー特性を持たないが、非ニュートン特性（流体の粘度が与えられる剪断速度に依存する）を示す他の流体を受け入れることができる。局部的圧力変動は、外側シェルとシューの曲面との間の間隙の調整によって生成することができる。この間隙における平均剪断速度は、シェルの表面速度を間隙の高さで割ったものに比例する。非ニュートン流体は、粘度と剪断速度との間に対数関係を示す。間隙の外部操作を所望の剪断感受性を有する流体と組み合わせることにより、各室内で局部的圧力差を生成する追加の手段がもたらされる。
【００３６】
本発明の重要な利点は、溶融材料とパターン化ローラ表面との接触点における表面温度が高いため、より低いニップ圧でパターンを転写する能力である。この一実施例を計算流体力学ソフトウェア、Ｐｏｌｙｆｌｏｗでモデル化し、そこで樹脂材料、ポリカーボネートを圧力境界条件にさらし、微細なパターン化形状内への材料の流入を調べた。図６は、樹脂材料及びパターン化形状の２次元表現を示す。図７は、成形表面温度が上昇するにつれてパターン転写が改善することを示す。所与の温度で、著しく低い圧力を加えて同水準の転写を得ることができる。パターン化表面温度が１０％上昇すると、結果的に、同等の転写効率で、加える圧力を６７．５％低下させることができる。
【００３７】
一実施例において、機械的応力及び熱変形に関する円周方向可変加熱の影響を究明するために、アルミニウム製の、０．１２５インチの壁厚を有する、直径６インチ×２０ の面のシェルで有限要素解析を実行した。図９は算出したシェル変形のプロットを示す。下の曲線は、最高温度点における外側シェル表面の均等分布圧力の結果的影響を示す。上の曲線は、表面変形を最小化するように調整された内部補正圧力を加えた場合の結果的影響を示す。より大きい正値は、シェルの中心からより大きく変形することを示す。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るキャスティングローラの断面図である。
【図２】本発明に係るキャスティングローラの別の実施形態の部分断面斜視図である。
【図３Ａ】本発明に係るキャスティングローラのさらに別の実施形態の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した実施形態の部分断面斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示した実施形態のシェル及び支持シューの拡大断面図である。
【図４】本発明に係る様々なローラ設計構成の算出された冷却効率を示す図表である。
【図５】本発明に係る様々なローラ設計構成の算出された再加熱効率を示す図表である。
【図６】ローラの表面のパターンの断面図である。
【図７】パターン転写を示す温度対圧力の図表である。
【図８】最高温度時の算出されたシェル変形を示す図表である。
【図９】ニップ圧力を受けるとともに内部圧力勾配によって支持されるシェルに関する算出されたシェル変形を示す図表である。
【図１０】第２ローラとともにニップを形成する軸方向応従性加圧ローラの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  軸方向応従性加圧ローラ
１１  粘性流体の集束領域
１２  外側シェル
１４  加熱素子
１５  軸
１６  ブラシアセンブリ
１７  調整ピン
１８  加熱帯
２０  内面
２２  流体媒体
２４  冷却領域
２５  シェルの内面
２６  固定コア
２７  軸穴
２８  軸受
２９  ポケット
３０  シール
３２  流体媒体の入口
３３  シューの曲面
３５  ニップ点
３７  磁界発生器
４０  固定内側シェル（固定子）
４１  冷却領域
４２  流路
４３  再加熱領域
４４  密嵌バッフル
４５  荷重シュー領域
４６  外側シェル
４７  高温流体
４８  高温流体３供給路
４９  低温流体
５０  高温流体３戻り路
５２  カーボンシール
５４  カーボン軸受
５６  高温流体１供給路
５８  高温流体１戻り路
６０  高温流体２供給路
６２  高温流体２戻り路
７０  外側シェル
７２  荷重シュー
７４  第１軸方向バッフル
７６  第２軸方向バッフル
７８  シュー荷重機構
８０  支持ブラケット
８２  駆動スプロケット
８４  第２ローラ
８６  ニップに流入する材料
８８  変形検出器
９０  変形信号
９２  マイクロプロセッサ
【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３Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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