(57)【要約】【課題】熱膨張差を良好に吸収しつつ、軸方向及び周方向への素早い熱伝導が可能なロール体を提供する。【解決手段】螺旋状の溝状流路１０ｅが外周面に形成された内側筒体１０と、内側筒体１０を覆う外側筒体２０と、内側筒体１０と外側筒体２０との間に形成される隙間１０ｄと、溝状流路１０ｅと隙間１０ｄとによって形成される空間に流体を導入する導入路６１と、空間から流体を導出する導出路６３と、を備え、外側筒体２０は、内筒２１と、内筒２１の外周側を、隙間をあけて覆う外筒２２と、内筒２１の外周面と外筒２２の内周面との間に形成され、内部に熱媒体が封入されるジャケット室２４と、を有し、ジャケット室２４には、両端における内筒２１側に断面円弧状の面取り２５が設けられ、外側筒体２０は、一端側が内側筒体１０に固定され、他端側が内側筒体１０に対して摺動可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の溝状流路が外周面に形成された内側筒体と、
前記内側筒体を覆う外側筒体と、
前記内側筒体の外周面と前記外側筒体の内周面との間に形成される隙間と、
前記溝状流路と前記隙間とによって形成される空間に流体を導入する導入路と、
前記空間から前記流体を導出する導出路と、
を備え、
前記外側筒体は、
内筒と、
前記内筒の外周側を、隙間をあけて覆う外筒と、
前記内筒及び前記外筒の軸方向の両端を接合することで前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間に形成され、内部に熱媒体が封入されるジャケット室と、
を有し、
前記ジャケット室には、両端における前記内筒側に断面円弧状の面取りが設けられ、
前記外側筒体は、一端側が前記内側筒体に固定され、他端側が前記内側筒体に対して摺動可能とされている
ロール体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール体に関する。
【背景技術】
【０００２】
外筒と内筒の間に気液２相の熱媒体を減圧封入するジャケット室を形成し、熱媒体の気化、凝縮により、ローラ本体の表面温度の均熱化を図るようにしたロール体がある。このロール体には、ジャケット室の外端側で、内筒を外筒に対して摺動自在に支持し、その支持部分を、摺動可能な弾性体で構成された密封機構により密封することで、熱膨張差が発生したときに内筒が外筒に対して摺動して、熱膨張差を吸収するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０１４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、熱媒体を封入したジャケット室を備えただけでは、軸方向及び周方向への熱伝導が遅く、改善の余地がある。また、上記のロールは、熱膨張差の吸収のために摺動可能としたジャケット室の外端側における内筒と外筒との摺動箇所の密封部分のシールが劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱膨張差を良好に吸収しつつ、軸方向及び周方向への素早い熱伝導が可能なロール体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のロール体は、
螺旋状の溝状流路が外周面に形成された内側筒体と、
前記内側筒体を覆う外側筒体と、
前記内側筒体の外周面と前記外側筒体の内周面との間に形成される隙間と、
前記溝状流路と前記隙間とによって形成される空間に流体を導入する導入路と、
前記空間から前記流体を導出する導出路と、
を備え、
前記外側筒体は、
内筒と、
前記内筒の外周側を、隙間をあけて覆う外筒と、
前記内筒及び前記外筒の軸方向の両端を接合することで前記内筒の外周面と前記外筒の内周面との間に形成され、内部に熱媒体が封入されるジャケット室と、
を有し、
前記ジャケット室には、両端における前記内筒側に断面円弧状の面取りが設けられ、
前記外側筒体は、一端側が前記内側筒体に固定され、他端側が前記内側筒体に対して摺動可能とされている。
【０００７】
この構成のロール体によれば、内部に熱媒体が封入されたジャケット室を有する外側筒体によって、軸方向及び周方向への熱伝導差を小さくすることができる。また、螺旋流路及び内側筒体の外周面と外側筒体の内周面との隙間とからなる空間に流体を流すことで、素早く熱伝導（冷却・加熱）を行うことができる。
また、ジャケット室の両端における内筒側に設けた断面円弧状の面取りによって、ジャケット室の両端における内筒への応力集中を回避できる。
しかも、外側筒体の一端側が内側筒体に固定され、外側筒体の他端側が内側筒体に対して摺動可能とされているので、加熱・冷却が繰り返される際の内側筒体と外側筒体との熱膨張差を吸収して長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のロール体によれば、熱膨張差を良好に吸収しつつ、軸方向及び周方向への素早い熱伝導が可能なロール体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るロール体の構造を説明する図であって、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、軸方向と直交する断面図である。
【図２】本実施形態に係るロール体を冷却ロールとして用いた高分子電解質積層フィルム製造装置の一部分の概略構成図である。
【図３】本実施形態に係るロール体を加熱ロールとして用いる場合の軸方向と直交する断面図である。
【図４】参考例に係るロール体の軸方向と直交する断面図である。
【図５】参考例に係るロール体の構造を説明する図であって、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、軸方向と直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るロール体の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るロール体の構造を説明する図であって、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、軸方向と直交する断面図である。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るロール体１は、内側筒体１０と、外側筒体２０とを備えている。ロール体１は、外側筒体２０の内側に内側筒体１０が嵌入された二重管ロール３０とされており、外側筒体２０は、内側筒体１０を覆っている。内側筒体１０および外側筒体２０は、共に、円筒形状であり、一般鋼製またはステンレス鋼製である。
【００１２】
内側筒体１０は、二重管ロール３０の軸方向Ｚの両側にフランジ部１０ａ，１０ｂを有する形状である。フランジ部１０ａ，１０ｂの径は外側筒体２０の内径と同一であり、フランジ部１０ａ，１０ｂが外側筒体２０の内周面と嵌合している。以下、軸方向Ｚの一方側を−Ｚ方向、軸方向Ｚの他方側を＋Ｚ方向と呼ぶ。
【００１３】
内側筒体１０におけるフランジ部１０ａ，１０ｂを除いた中央部分１０ｃの径は、フランジ部１０ａ，１０ｂの径よりも小さいことから、中央部分１０ｃの外周面と外側筒体２０の内周面との間には隙間１０ｄが形成される。また、内側筒体１０の外周面には、螺旋状に連続する溝状流路１０ｅが形成されている。隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間は、冷却水や温水などの流体が流れる流路として機能する。
【００１４】
二重管ロール３０の内側には、−Ｚ方向側の端部に閉塞部材４１が接合され、＋Ｚ方向側の端部に閉塞部材４３が接合されている。二重管ロール３０は、閉塞部材４１，４３によって内側の両端が閉塞される。
【００１５】
二重管ロール３０と閉塞部材４１の−Ｚ方向側の端部には、フランジ付きシャフト５１が設けられている。閉塞部材４１とフランジ付きシャフト５１とは、一体の円筒形の部材（素形材）から削り出すことによって、一体の部材として形成することができる。また、閉塞部材４１とフランジ付きシャフト５１とは、それぞれ別の部材として形成して、溶接などにより接合することもできる。
【００１６】
二重管ロール３０と閉塞部材４３の＋Ｚ方向側の端部には、フランジ付きシャフト５３が設けられている。閉塞部材４３とフランジ付きシャフト５３とは、一体の円筒形の部材（素形材）から削り出すことによって、一体の部材として形成することができる。また、閉塞部材４３とフランジ付きシャフト５３とは、それぞれ別の部材として形成して、溶接などにより接合することもできる。
【００１７】
内側筒体１０の中心には、流路パイプ１１が設けられている。流路パイプ１１の両端は、閉塞部材４１，４３に接続されている。
【００１８】
フランジ付きシャフト５１及び閉塞部材４１には、導出路６３が形成されている。導出路６３は、閉塞部材４１側で流路パイプ１１に連通されている。導出路６３には、パイプからなる導入路６１が挿通されている。閉塞部材４１は、連通路４１ａを有しており、導入路６１は、連通路４１ａを介して隙間１０ｄの−Ｚ方向側の端部に連通している。閉塞部材４３は、連通路４３ａを有しており、流路パイプ１１は、連通路４３ａを介して隙間１０ｄの＋Ｚ方向の端部に連通している。こうして、導入路６１から、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間及び流路パイプ１１を介して導出路６３に至る流体の流路が構成される。
【００１９】
フランジ付きシャフト５１，５３は、軸受（図示せず）によって回転可能に支持されている。一方のフランジ付きシャフト５１の一端は、モータ（図示せず）と連結されており、モータによって二重管ロール３０が回転駆動される。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、外側筒体２０は、内筒２１と外筒２２とを有しており、内筒２１は、その周囲が外筒２２によって覆われている。内筒２１と外筒２２との間には、隙間が設けられている。内筒２１と外筒２２とは、その両端部で溶接等によって接合されており、これにより、外側筒体２０には、両端部の接合部２３で密閉された内筒２１と外筒２２との隙間からなるジャケット室２４が形成されている。ジャケット室２４は、軸方向Ｚ及び周方向Ｒの全体で繋がる一つの密閉空間とされている。これにより、このジャケット室２４には、熱媒体が封入されている。ジャケット室２４には、真空状態にした後に規定量の熱媒体が充填される。
【００２１】
このジャケット室２４は、その内面に銅メッキが施されており、これにより、ジャケット室２４内の熱媒体と外側筒体２０との熱伝導性及びジャケット室２４の内面の耐食性が高められている。一般鋼製またはステンレス鋼製の外側筒体２０のジャケット室２４の内面が腐食すると、ジャケット室２４内でガスが発生して熱媒体との熱伝導性が低下するが、ジャケット室２４の内面に銅メッキを施して耐食性を高めることで、長寿命化が図られるとともに、ガスの発生による熱伝導性の低下を抑制でき、温度均熱化も長期にわたって維持できる。
【００２２】
外側筒体２０は、内筒２１よりも外筒２２の肉厚が厚くされている。これにより、外側筒体２０は、外周面の強度が確保され、さらに、熱容量が低減される。また、ジャケット室２４には、両端における内筒２１側に断面円弧状の面取り２５が設けられている。したがって、外側筒体２０は、肉厚が外筒２２よりも薄いために強度が低い内筒２１の接合部２３での隅部における応力集中が回避される。
【００２３】
ロール体１の一端側のフランジ付きシャフト５１は、内側筒体１０のフランジ部１０ａの外径よりも大きく、外側筒体２０の外径よりも小さい外径を有している。また、ロール体１の他端側のフランジ付きシャフト５３は、内側筒体１０のフランジ部１０ｂの外径と略同一の外径を有している。外側筒体２０の−Ｚ方向側の端部は、フランジ付きシャフト５１に当接され、内側筒体１０のフランジ部１０ａに溶接等によって固定されている。また、外側筒体２０の＋Ｚ方向側の端部は、固定されることなく、内側筒体１０のフランジ部１０ｂの外周面に対して摺動可能とされている。このように、一端側で固定され、他端側で摺動可能とされた外側筒体２０は、加熱・冷却が繰り返される際の内側筒体１０との熱膨張差が吸収される。これにより、例えば、フランジ付きシャフト５１，５３を支持する軸受で熱膨張差を吸収する構造と比べ、軸受のベアリングへの負担を抑制でき、長寿命化が図れる。
【００２４】
上記のロール体１では、導入路６１から冷却水や温水などの流体が送り込まれる。この流体は、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間を流れ、導出路６３から送り出される。これにより、ロール体１の外周の温度が制御される。
【００２５】
例えば、導入路６１から隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間及び流路パイプ１１を介して導出路６３に至る流路に冷却水を流すことで、ロール体１を冷却ロールとして用いることができ、また、導入路６１から隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間及び流路パイプ１１を介して導出路６３に至る流路に温水を流すことで、ロール体１を加熱ロールとして用いることができる。
【００２６】
このとき、ロール体１は、外側筒体２０に、軸方向Ｚ及び周方向Ｒで繋がったジャケット室２４が形成され、このジャケット室２４の内部に熱媒体が封入されているので、軸方向及び周方向への熱伝導差を小さくすることができる。
【００２７】
ここで、本実施形態に係るロール体１を高分子電解質積層フィルム製造装置の冷却ロールとして使用する場合について説明する。
図２は、本実施形態に係るロール体を冷却ロールとして用いた高分子電解質積層フィルム製造装置の一部分の概略構成図である。
【００２８】
図２に示すように、高分子電解質積層フィルム製造装置１００は、押出装置１１０と、本実施形態に係るロール体１からなる冷却ロール１２０と、各種ロール１３０と、を備える。押出装置１１０は、ホッパー１１２と、シリンダ１１４と、Ｔダイ１１６とを備える。シリンダ１１４の一方の端部側にホッパー１１２が設けられ、シリンダ１１４の他方の端部にＴダイ１１６が接続されている。ホッパー１１２に投入された原料であるフッ素系高分子電解質は、加熱されたシリンダ１１４内で溶融し、スクリューの回転により混錬されて、Ｔダイ１１６へ送られる。
【００２９】
フッ素系高分子電解質としては、デュポン社製ナフィオン（登録商標）ペレットを用いることができる。Ｔダイ１１６は、直線状のリップを有し、シリンダ１１４から送られてきたフッ素系高分子電解質をリップから押し出してフィルム状に成形する。Ｔダイ１１６から押し出された直後のフッ素系高分子電解質の温度は、例えば１９０℃である。
【００３０】
この成形されたフィルム状のフッ素系高分子電解質は、冷却ロール１２０によって冷却され、適当な温度に調整される。その後、各種ロール１３０によって搬送されながら、後工程で各種の処理が施され、燃料電池用の高分子電解質積層フィルムが生成される。
【００３１】
上記の高分子電解質積層フィルム製造装置１００において、本実施形態に係るロール体１からなる冷却ロール１２０では、導入路６１から冷却水が送り込まれる。この冷却水は、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間を螺旋状に流れ、導出路６３から送り出される。これにより、冷却ロール１２０の外周の温度が制御され、フィルム状のフッ素系高分子電解質の温度が、冷却ロール１２０によって均一に冷却されて調整される。
【００３２】
また、本実施形態に係るロール体１は、電磁誘導コイルを用いて加熱することで、加熱ロールとしても使用できる。
図３は、本実施形態に係るロール体を加熱ロールとして用いる場合の軸方向と直交する断面図である。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態に係るロール体１からなる加熱ロール１５０は、外周側に電磁誘導コイル１６０が設置される。そして、この加熱ロール１５０は、電磁誘導コイル１６０によって外部から電磁誘導されることで加熱する。これにより、この加熱ロール１５０に接触されて搬送されるフィルム材が加熱ロール１５０によって加熱される。
【００３４】
そして、この加熱ロール１５０として用いたロール体１を冷却する場合は、導入路６１から冷却水を送り込み、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間へ螺旋状に流し、導出路６３から送り出す。これにより、加熱して熱くなった加熱ロール１５０を素早く冷却することができる。例えば、２００℃まで昇温した加熱ロール１５０を５０℃まで冷却するために、常温の空間に放置した場合では８時間程度の時間がかかり、外部からエアーを吹き付けて冷却した場合でも５０℃まで冷却するのに４０分程度の時間がかかる。これに対して、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間へ冷却水を螺旋状に流して冷却することで、２０分程度で５０℃まで冷却することができる。
【００３５】
以上、説明したように、本実施形態に係るロール体１によれば、内部に熱媒体が封入されたジャケット室２４を有する外側筒体２０によって、軸方向Ｚ及び周方向Ｒへの熱伝導差を小さくすることができる。また、溝状流路１０ｅ及び内側筒体１０の外周面と外側筒体２０の内周面との隙間１０ｄとからなる空間に流体を流すことで、素早く熱伝導（冷却・加熱）を行うことができる。
【００３６】
また、ジャケット室２４の両端における内筒２１側に設けた断面円弧状の面取り２５によって、ジャケット室２４の両端における内筒２１への応力集中を回避できる。
【００３７】
しかも、外側筒体２０の一端側が内側筒体１０に固定され、外側筒体２０の他端側が内側筒体１０に対して摺動可能とされているので、加熱・冷却が繰り返される際の内側筒体１０と外側筒体２０との熱膨張差を吸収して長寿命化を図ることができる。
【００３８】
ここで、参考例に係るロール体について説明する。
図４は、参考例に係るロール体の軸方向と直交する断面図である。
【００３９】
図４に示すように、参考例１に係るロール体１０１では、外側筒体２０の内部に、両端まで延びる複数のヒートパイプ２６が並んで配置されている。金属パイプからなるヒートパイプ２６は、外側筒体２０に軸方向Ｚに沿って形成した孔部に挿し込まれている。このヒートパイプ２６には、内部を真空に排気した後に熱媒体が充填されて封入されている。
【００４０】
このヒートパイプ２６を内蔵したロール体１０１では、ヒートパイプ２６が軸方向Ｚに沿って周方向に間隔をあけて配置されているため、軸方向Ｚの熱伝導に比べて周方向Ｒへの熱伝導が遅くなる。また、周方向に温度差が発生しやすいため、外側筒体２０を大きくして外側筒体２０の熱容量で温度を均一化する必要があり、小型化が困難である。また、周方向の温度差を抑えるためには、ヒートパイプ２６の本数を増やさなければならず、大型化してしまう。
【００４１】
図５は、参考例に係るロール体の構造を説明する図であって、（ａ）は軸方向に沿う断面図、（ｂ）は、軸方向と直交する断面図である。
【００４２】
図５に示すように、参考例２に係るロール体１０２は、導入路６１から、隙間１０ｄと溝状流路１０ｅとによって形成される空間及び流路パイプ１１を介して導出路６３に至る流体の流路を備えないロール体である。このロール体１０２は、外周側に設置された電磁誘導コイル１６０によって外部から電磁誘導されることで均一に加熱する。
【符号の説明】
【００４３】
１  ロール体
１０  内側筒体
１０ｄ  隙間
１０ｅ  溝状流路
２０  外側筒体
２１  内筒
２２  外筒
２４  ジャケット室
２５  面取り
６１  導入路
６３  導出路
１２０  冷却ロール（ロール体）
１５０  加熱ロール（ロール体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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