(57)【要約】  布目付き高分子フィルムの形成装置及び方法を開示する。この装置は、第１ローラ及び第２ローラを備える。そして、第１ローラ及び第２ローラは、布目付き高分子フィルムを協働して形成するように構成されている。ある実施態様では、少なくとも第１ローラの限定された部分が、受動的に、能動的に、あるいは、受動的技術及び能動的技術の組合せによって、加熱される。
2008543617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
布目付き高分子フィルムを協働して形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラ、及び、
少なくとも第１ローラの限定された部分を加熱するように構成されている加熱器
を備える、布目付き高分子フィルムを形成する装置。
【請求項２】
前記限定された部分が表面である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記加熱器が、第１ローラ及び第２ローラによって画定されるニップ領域に前記限定された部分が接近したときに、該限定された部分を加熱するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記加熱器が、第１ローラ及び第２ローラによって画定されるニップ領域に入る高分子基材を加熱するように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項５】
前記加熱器が、誘導加熱コイル、輻射加熱器、抵抗ヒータ、又はそれらの組合せの少なくとも１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記輻射加熱器が、赤外線ヒータ、高輝度ランプ、アークランプ及びレーザの少なくとも１つである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第１ローラの外側表面が、線源の輻射線に対して高吸収性の表面である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記輻射加熱器が、輻射エネルギーを方向づけるための少なくとも１つの反射器を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
第１ローラの少なくとも１つの作動パラメータに基づいて少なくとも１つの加熱器を選択的に作動させるように構成されている制御装置を備える、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記加熱器が、少なくとも第１ローラに埋設された複数の抵抗ヒータ又は誘導加熱コイルを備える、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
布目付き高分子フィルムを協働して形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラを備える、布目付き高分子フィルムを形成する装置であって、
少なくとも前記第１ローラが、布目付き高分子フィルムを協働して形成するときに熱を一時的に保持及び輻射するように構成されている、装置。
【請求項１２】
少なくとも第１ローラが、熱伝導率が約１５ワット／メートル−ケルビン未満である表面を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも第１ローラが、第１ローラの温度を自動的に制御するように構成された複層コーティングを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記複層コーティングの１層以上が熱障壁として働き、２つの隣接する層の接合部が領域にわたり漸次変化している、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記複層コーティングの１層以上が、線源の輻射線に対して高吸収性の物質を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記複層コーティングの１層以上が、アルミニウム、チタン、ケイ素、クロム、マグネシウム又はジルコニウムもしくはそれら組合せのいずれかの酸化物、炭化物、窒化物又はホウ化物を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記複層コーティングの１層以上が多孔質物質を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記多孔質物質が、焼結処理、コーティング処理、スパッタリング処理、蒸着処理、溶融処理、鋳造処理又はボンディング処理のいずれかにより形成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記加熱器が、少なくとも第１ローラを加熱するように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも第１ローラが、線源の輻射線に対して約０．３超の吸収性を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
布目付き高分子フィルムを形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラ、
少なくとも第１ローラの限定された部分を加熱するように構成されている加熱器、
第１ローラ及び布目付き高分子フィルの少なくとも一方の、又は、布目付き高分子フィルムが形成される高分子基材の温度を測定するように構成されている温度感知装置、
少なくとも第１ローラを冷却するように構成されている冷却システム、
第１ローラ及び第２ローラの少なくとも１つを駆動させるように構成されているローラ駆動システム、及び
該温度感知装置の出力に基づいて、加熱器、冷却システム又はローラ駆動システムを制御するように構成されている制御装置
を備える、制御システム。
【請求項２２】
第１ローラと第２ローラ間のギャップ距離を測定するように、並びに、該ギャップ距離を制御装置に通知するように構成されているロールギャップセンサを備える、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２３】
前記加熱器が、誘導加熱コイル、輻射加熱器又はヒータカートリッジの少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２４】
前記制御装置が、電源ユニットを介して加熱器、冷却システム又はローラ駆動システムの作動を制御する、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２５】
第１ローラ又は第２ローラの少なくとも１つの速度を測定するように、並びに、第１ローラ及び第２ローラの熱流を制御するために加熱器へ該速度を通知するように構成されている速度センサを備える、請求項２１に記載の制御システム。
【請求項２６】
第１ローラ及び第２ローラを備えるローラアッセンブリに高分子基材を供給し、該高分子基材がローラアッセンブリを通過する時に布目付き高分子フィルムにされること、及び
少なくとも第１ローラの表面の温度を制御すること
を含む、布目付き高分子フィルムの形成方法。
【請求項２７】
高分子基材、第１ローラ又は布目付き高分子フィルムの温度を計測し、計測された温度に基づいてローラ表面温度を制御することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
温度を制御することが、少なくともローラアッセンブリのニップ領域又はその近傍の表面を加熱することである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
温度を制御することが、少なくとも第１ローラを冷却することである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
カレンダ加工に使用するためのローラであって、２つ以上の層を有し、少なくとも１つの層の熱伝導率が１５ワット／メートル−ケルビン未満である、カレンダ加工に使用するためのローラ。
【請求項３１】
前記ローラが、ローラ温度を段階的又は連続的な形で制御するように構成されている、請求項３０に記載のローラ。
【請求項３２】
熱伝導率が１５ワット／メートル−ケルビン未満である少なくとも１つの層が、熱障壁の役割を果たす、請求項３１に記載のローラ。
【請求項３３】
熱伝導率が１５ワット／メートル−ケルビン未満である少なくとも１つの層が、高吸収性物質を含む、請求項３１に記載のローラ。
【請求項３４】
少なくとも１層が、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、クロム又はジルコニウムもしくはそれらの組合せのいずれかの酸化物、炭化物、窒化物又はホウ化物を含む、請求項３１に記載のローラ。
【請求項３５】
熱伝導率が１５ワット／メートル−ケルビン未満である前記少なくとも１つの層が、多孔質物質を含む、請求項３１に記載のローラ。
【請求項３６】
前記多孔質物質が、焼結処理、コーティング処理、スパッタリング処理、蒸着処理、溶融処理、鋳造処理又はボンディング処理のいずれかにより形成される、請求項３５に記載のローラ。
【請求項３７】
２つ以上の層が異なる熱的特性をもつ、カレンダ加工に使用されるローラであって、表面層の熱拡散率が内部層より低い、ローラ。
【請求項３８】
２つ以上の層が、ローラ温度を段階的又は連続的な形で制御するように構成されている、請求項３７に記載のローラ。
【請求項３９】
内部層、又は、表面層と内部層の間に配置される中間層が、熱バリアの役目を果たす、請求項３８に記載のローラ。
【請求項４０】
表面層が、高吸収性物質を含む、請求項３８に記載のローラ。
【請求項４１】
ローラの１層以上が、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、クロム又はジルコニウムもしくはそれらの組合せのいずれかの酸化物、炭化物、窒化物又はホウ化物を含む、請求項３８に記載のローラ。
【請求項４２】
ローラの１層以上が多孔質物質を含む、請求項３８に記載のローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には高分子フィルムの形成に関し、より具体的には、ローラアッセンブリによる布目付き高分子フィルムの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
布目付き高分子フィルムは、高分子基材又は高分子溶融体を用いて形成される。高分子基材は、一般には、カレンダ加工により布目付き高分子フィルムを形成するために原料として用いられるマトリックス樹脂を指す。標準的なカレンダ加工又はエンボス加工では、ローラが、高分子溶融体又は高分子フィルムなどの高分子基材を加工するために、すなわち、布目付きフィルムを形成するために使用されている。例えば、高分子基材は、２つの回転しているローラによって形成されたニップ領域に供給される。高分子基材がローラ間を通過するとき、ローラによって施される冷却及び加圧により、所望の厚さのフィルムがローラアッセンブリから現れることとなる。また、片方又は両方のローラが布目付き表面である場合、現れるフィルムも布目付きとなっている。
【０００３】
例えば、従来のカレンダ加工では、高分子基材は、従順で、感受性であるように、そのガラス転移温度（Ｔｇ）を超える温度でニップ領域に入る。半結晶性高分子の場合、高分子基材はその溶融転移点（Ｔｍ）を超えている必要がある。ローラは、基材のガラス転移温度（又は、適切な場合には溶融転移点）以下の温度に維持される。したがって、基材がローラを通って進むときに基材には加圧と冷却の両方が施され、これにより、フィルム上に布目がインプリントされてフィルムが固まる。フィルムにインプリントされる布目は、フィルムの材料特性と、ニップ領域内にある間にフィルムが受ける温度及び圧力に主として依存する。
【０００４】
特に、一般的には、ローラ冷却剤の温度、及び、フィルム温度又は融体温度が、排出されるフィルムにインプリントされる布目の正確さを決定する。例えば、ローラによりフィルムがあまりにも急速に冷却されると、フィルムの布目とローラ表面の布目の間で、形状、大きさ、深さなどにおける正確さが不十分になる可能性がある。さらに、ローラによりフィルムがあまりにも急速に冷却されると、排出されるフィルムがあまりにも早く固まってしまい、それによって排出されるフィルムが高い内部応力をもつ可能性がある。一方、ローラ温度を高分子基材のＴｇより高く設定すると、あるいは、フィルムをあまりにもゆっくりと冷却すると、排出されるフィルムは、布目を固めるのに必要な温度まで冷えず、圧力が減少してフィルムがニップ領域から出てくるときに弾性跳ね返りが起きる。布目の正確さの欠如及び排出されるフィルムの高い内部応力は共に、フィルムをその所期の用途にとって望ましくないもの又は価値に劣るものにする可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、フィルムへのローラの布目の複製をよりよく制御するために、予熱されたフィルムの移動を最適化するように、高分子フィルムの過渡温度勾配を制御する改良された機構を用意する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の典型的な実施態様に従って、布目付き高分子フィルムを形成するための装置が開示される。装置は、協働して布目付き高分子フィルムを形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラを備える。装置は、少なくとも第１ローラの限定された部分を加熱するように構成されている加熱器をさらに備える。
【０００７】
本技術の他の実施態様に従って、布目付きの高分子フィルムを形成する装置の様々な作動パラメータを監視及び制御するための制御システムが開示される。制御システムは、布目付き高分子フィルムを形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラを備える。制御システムはまた、第１ローラ及び第２ローラの一方の少なくとも限定された部分を加熱するように構成された加熱器と、布目付き高分子フィルムの第１ローラの少なくとも一方の、又は、布目付き高分子フィルムへと形成される高分子基材の温度を測定するようにされた温度感知装置を備える。さらに、制御システムは、第１ローラ及び第２ローラの少なくとも一方を冷却するように構成された冷却システムと、第１ローラ及び第２ローラの少なくとも一方を駆動させるように構成されたローラ駆動システムを備える。最後に、制御システムは、温度感知装置の出力に基づいて加熱器、冷却システム又はローラ駆動システムの少なくとも１つを制御するように構成された制御装置を備える。
【０００８】
本技術のさらに別の実施態様に従って、布目付き高分子フィルムの形成方法が開示される。該方法は、高分子基材をローラアッセンブリに供給することを含み、ローラアッセンブリは第１ローラ及び第２ローラを備え、高分子基材はローラアッセンブリを通過すると布目付き高分子フィルムにされる。該方法はまた、第１ローラの少なくとも限定された部分を加熱することを含む。
【０００９】
本技術の実施態様に従って、カレンダ加工に使用するローラが開示される。ローラは、高分子基材に接触するように構成されている、表面の熱伝導率が１５ワット／メートル−ケルビン未満である表面材料を含む。
【００１０】
本技術の実施態様に従って、カレンダ加工に使用するローラが開示される。ローラは、異なる熱的特性を与えるように構成されている１層以上の層を有する。具体的な実施態様では、表面層の方が、ローラの内部層より熱拡散率が低くなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。添付図面では、複数の図面を通して同様の符号は同様の部品を表す。
【００１２】
先行考察は、概ね、カレンダシステムと、カレンダ加工の間に高分子基材が受ける過渡温度を制御するように構成された制御機構とに関する。
【００１３】
本明細書で考察される様々な実施態様は、一般に、カレンダ加工により形成される高分子フィルムの布目複製の正確さを向上させるために採用されている。当業者には理解されるであろうが、カレンダ加工は、カレンダローラを使用して布目付き高分子フィルムを形成するのに用いられる。本技術は、２つのローラにより形成されているニップ領域内で高分子基材が受ける過渡温度の制御を可能にしており、それにより、布目複製の正確さの向上及び／又は得られるフィルムの内部応力の低減を可能にする。例えば、１つ以上のカレンダローラの表面の温度は、それらがニップ領域に近づくにつれて高くなる可能性がある。このことが、冷却処理を制御するか停止させ、インプリント表面に対する布目複製の高い正確さを有して、内部応力が低減された布目付き高分子フィルムを製造する。
【００１４】
本技術の様々な態様を理解し、評価するために、以下のセクションでは、布目付きフィルムの形成に影響を及ぼす熱環境及び変動要因を簡単に概説する。具体的には、図１は、カレンダ加工によって形成された布目付き高分子フィルムでのローラ表面の複製に対してピークの過渡温度が及ぼす影響１０をグラフに示す。より具体的には、グラフ的表示は、ニップ領域にあるローラ表面の最高温度１１と布目付きフィルム内の複製の深さ１２との関係を説明している。複製の深さは、高分子基材上でのローラパターンの複製の深さとして定義してもよい。図示するように、ニップ領域の最高温度が上昇すると、複製の深さも単調に増加する。しかし、参照番号１３で示したように温度があるところまで上昇した後は、ある温度超では複製の深さが非線形的に増加する可能性がある。したがって、ニップ領域にあるフィルムの過渡温度は、高分子フィルムへのパターン複製の均一性及び正確さに影響を及ぼす変動要因の１つである。したがって、ニップ領域内ではできるだけ長い時間、高分子フィルムの表面をそのＴｇより高い温度に維持するようにすること、さらに加えて、フィルムがその工程のニップ領域を出る前にフィルムがそのＴｇ以下に確実に冷えるようにして跳ね返り及び複製の低下を防止することが望ましい場合がある。
【００１５】
同様に、図２は、高分子フィルム内の複製の深さ１６に対してローラ表面の表面熱伝導率１５が及ぼす影響１４を示す。図示するように、ロール上の被覆層の熱伝導率が減少すると、高分子上の複製の深さが増加する。参照番号１７で示されるように特定の値以下では、複製の深さ１６の著しい増加が見られる。したがって、ローラ表面の熱伝導率は、高分子フィルムへのパターン複製の均一性及び正確さに影響を及ぼす別の変動要因である。
【００１６】
先行した考察を考慮して、図３は、本発明に従う布目付き高分子フィルム１９を形成するための典型的な装置１８を示す。図示された装置は、高分子基材を収容している押出機２０がある。高分子基材は、第１ローラ２２と第２ローラ２３との間に形成されたニップ領域２１に押し出される。第１ローラ２２及び第２ローラ２３をあわせて、ローラアッセンブリと称する。第１ローラ及び／又は第２ローラ（２２及び２３）の表面上のパターンが高分子基材に複製されて、布目付き高分子フィルム１９が形成される。図示されている実施態様では、別のローラ組２４が第１ローラ及び第２ローラ（２２及び２３）に続いて設けられ、布目付き高分子フィルム１９に指定されているような、平坦性、エッジカール及びたるみを与える。
【００１７】
図４は、本技術の一実施態様に従って、図３の工程で生成された布目付き高分子フィルムに複製される例示的な布目２５を有する、ローラ２３などのローラの表面を示す。図示された実施態様では、参照番号２５で表される布目が第１ローラ又は第２ローラの一方又は両方に形成されている。
【００１８】
図５は、本技術の一実施態様に従って、図３の工程で布目付き高分子フィルムを形成するのに使用される、ローラ２３のようなローラの表面上の別の例示的な布目２６を示す。図示されるように、追加の布目又は表面型がローラ表面上に形成されていてよく、システムの熱拡散率（又は伝導率）を低減する働きをする。具体的には、高分子基材に接触する領域が熱伝達用の経路２７である。高分子基材とローラとの接触領域を最小にするようにローラパターンを設計することにより、ニップ領域２１内で高分子基材の熱伝達及び冷却を弱めることができる。例えば、他の加工条件を同一にして図４の矩形型及び図５の型を複製する場合、図５の布目２６を使用して複製された姿の方が、図４の布目２５を使用して複製された相当する姿より高い正確さで複製されるであろう。これは、図５では熱伝達用の経路２７がより狭く、表面の熱容量がより小さい表面布目２６を有するローラを実現していることが理由である。一般に、布目２６は、各ローラの表面に求められる熱容量を与えるように成形され又は選択され、それにより、基材が固まるときにとる形状をコントロールする。注目すべきは、第２ローラ２３に形成されている布目に付いていうと、布目は第１ローラ及び複数のローラに形成されてもよいことである。
【００１９】
図６は、本技術の一実施態様に従って、ローラ２２又はローラ２３のようなローラの表面のコーティング２８の使用を示す。図示した実施態様では、コーティング２８は基礎材２９に被膜を施してローラの表面を形成する。一実施態様では、基礎材２９はクロム、ニッケル、鋼、又はこれらの物質の合金／酸化物の１つ又は複数を含むが、他の基礎材を本技術に従って採用してよい。一実施態様では、コーティング２８は、高分子フィルムへのローラパターンの複製に著しい改良を与えることができる低伝導性物質である。コーティング用の物質は、酸化鉄、ニッケルクロム合金、クロム及びジルコニウムの酸化物、又はそれらの組合せを含んでよいが、それらに限定されるものではない。
【００２０】
コーティング２８の熱伝導値は、ローラコーティングの１５ワット／メートル−ケルビン（Ｗ／ｍ‐Ｋ）より小さいことが望ましい。いくつかの実施態様では、以下で考察するように、コーティングに孔を形成することにより、すなわち多孔質コーティングを備えることにより、コーティングの伝導率を低減させることもできる。そのような実施態様では、単にコーティング物質の伝導率ではなく、コーティング２８の有効伝導率が主要な対象になる場合がある。本技術の一実施では、コーティングの厚さは、約２５μｍ〜約５００μｍの範囲でよい。
【００２１】
いくつかの実施態様では、コーティング２８は熱流に対する熱バリアとして働き、それにより、ニップ領域内での高分子基材の冷却を遅らせる又は弱める。コーティング２８の厚さに加えてコーティング２８の特性が、ニップ領域内２１でフィルムが受ける温度を決める。しかし、上述のように、最高の複製のためには、フィルムがニップ領域を出る前にフィルムをそのＴｇ以下に冷却させることを確実にすることが必要である。
【００２２】
本技術のさらに別の実施態様では、第１ローラの表面材料は、熱流を制御するために多孔質物質を含んでいてよい。多孔質物質は、一般には、バルク材より熱伝導値が低く、高分子基材内及びローラ物質内で所望の温度勾配を得るために熱伝達を効果的に弱める。例えば、表面材料は、それらに限定されるものではないが、アルミニウム、チタン、ケイ素、マグネシウム、クロム又はジルコニウムの酸化物、炭化物、窒化物又はホウ化物を含む。前述した物質に言及したが、この技術に適した合金を含む他の任意の物質も本技術のある種の実施で使用することができることに留意されたい。前記考察は、表面の熱容量を低減するための、第１ローラ２２の表面の特性又は組成物のみに言及したが、同じ又は類似の技術を第１ローラ２２及び第２ローラ２３の両方に採用して、カレンダシステム１８全体の性能を改良することができることを当業者なら理解するであろう。
【００２３】
一実施態様では、第１ローラ２２の布目付き表面は熱拡散率が低く、高分子基材と相互作用するときに第１ローラ２２の表面がより長い時間にわたって高い温度を維持できるようにしている。熱拡散率は物質の熱を伝導する能力を表しており、ローラ表面の熱拡散率が高くなれば、高分子融体の冷却速度は上がる。一実施態様では、低い熱拡散率を得るために、並びに高分子フィルムの熱流を制御するために、第１ローラは、低い熱拡散率をもたらす１つ以上の材料特性がある表面材料を含む。
【００２４】
この場合のローラの表面材料は、前述のコーティングをもたない標準的なローラと比較して、より長い時間にわたって高分子を高い温度に維持するのを助ける熱バリアとしても働く。熱バリアは、また、ローラ内の応力を低減するのを助け、システムの要求に応じて好適な形状を選択することができるような温度プロファイルを得るのを助ける。表面材料は、酸化鉄、ニッケル、クロム又は銅合金、セラミック、あるいはそれらの組合せを含んでいてよいが、それらに限定されるものではない。前述のように、当技術分野で知られているいくつかの合金も本技術の同様の実施態様に使用することができる。
【００２５】
図７は、本技術の別の実施態様に従って、ローラ２２又はローラ２３のようなローラの一部としてのバリア層３０の使用を示す。カレンダシステムの重要な課題の１つが、ローラが受ける冷却の速度が迅速であるということである。したがって、経時的な温度の減衰が無視できるようにローラを高温まで加熱すること、あるいは、ローラ又は高分子基材に近傍の加熱器を用意することのいずれかを行う必要がある。しかし、空間の制約により、加熱器の位置取りが困難になることがある。また、過度の加熱が、ローラの冷却能力及びその定常状態の温度に影響を及ぼし始めることがある。この状況に照らして、層状構成又は層状組成の１つのローラ又は複数のローラを備えることが提案される。用途の必要に基づいて、この層の深さ及び物質が最適化される。この層は熱流に対する緩衝部として働いて、ローラの膜をより長時間にわたって高い温度に維持する。このようにしてローラの膜を、普通は不可能なより高い温度に加熱することも可能になる。これにより、加熱器に加えて、これらの加熱器に必要となる出力部の位置取りの柔軟性を高めることができる。
【００２６】
図７で示された実施態様では、ローラの表面層３１とコア３２との間にバリア層３０が設けられている。一実施態様では、表面層３１及びコア３２は同じ基礎材から形成されている。これにより、ローラのコア３２及び表面層３１として鋼などの物質を使用することができるようになる。例えば、このような鋼（又は他の基礎材）の表面層３１に、レーザ彫刻技術、エッチング（ドライ／ウェット）技術、ブラスト技術、マイクロ機械加工技術、電気鋳造／電気めっき技術、及びリソグラフィ技術により布目を付けることができる。別の実施態様では、表面層３１及びコア３２は異なる物質から形成される。どちらの実施態様でも、バリア層３０は熱流に対する熱バリアとして働き、これにより、より熱伝導性のあるコア３２によって熱が吸収あるいは分散されるのを防止する。
【００２７】
同様に、図８は、本技術の別の実施態様に従って、ローラ２２又はローラ２３のようなローラの一部としての複数の層又はコーティングを示す。このような実施態様では、表面層３１とコア３２との間の異なる層３３や層３４が異なる熱的特性をもつことができ、コア３２と表面層３１との間で所望の熱伝達を実現する。例えば、介在層３３及び介在層３４は熱緩衝部などの熱バリア層又は熱遮断層を形成してよく、継続的な形で温度を調整するのに使用することができる。
【００２８】
このような実施態様では、２つの隣接する層の材料特性の不整合が層の界面に応力を生じさせることがあり、このことが、これらの層に層間剥離をもたらす可能性がある。この問題を軽減するために、２つの層はそれらの間に配置される中間漸次変化層を有することができ、機械的特性、熱的特性及び電気的特性が個々に段階的な形であるいは連続的に中間漸次変化層で変化し、このような構造内で発生する応力を低減する。例えば、一実施態様では、中間層は、体積分率が変化する２つの隣接する層から構成される。したがって、中間層の特性を不連続的な形、線形的な形又は非線的な形で一方の物質から他方の物質へ変化させるように調整することができる。
【００２９】
前記考察は、ニップ領域内で高分子基材の過渡熱温度を調節するという受動的技術を対象としたが、能動的加熱技術も可能である。当業者には理解されるであろうが、実際、上で考察された受動的加熱技術は、能動的加熱技術で補完又はそれと共に使用することができ、本明細書で考察するように、ニップ領域内で見られる過渡熱温度に対しての追加的な調整を実現する。例えば、次に、図９を参照すると、布目付き高分子フィルム４６を形成する例示的なカレンダ装置３５の一部分と、本技術の側面に従う作動とが示されている。図示されるように、カレンダ装置３５は、第１ローラ３６の表面の近くに配置される複数の誘導加熱コイル３８を備える。図示される実施態様では、複数の誘導加熱コイル３８は、高分子基材が挿入される、ローラアッセンブリにより形成されたニップ領域３９の近くに位置する。誘導加熱コイルは、ローラの表面部分又は布目付き部分などの、一方又は両方のローラの限定された部分を加熱するように構成されている。加熱の速度及び強さは、誘導加熱コイルに供給される電流及び周波数を調節することによって制御されることが可能である。
【００３０】
カレンダ装置３５はまた、渦電流加熱に導電性であり、第１ローラ３６の表面によって形成されている境界４４の近傍で、ただし内側にあるように第１ローラ３６内に埋設された構成４０を備えている。図示された実施態様では、構成４０は、第１ローラ３６の内側周囲で一様に間隔があけられており、各構成は、第１ローラ３６の軸にほぼ平行な軸を有する。すなわち、構成４０の軸方向は第１ローラ３６の軸方向と同じである。図示される実施態様では、構成４０及び誘導加熱コイル３８は第１ローラ３６上に示されているが、別の実施態様では、構成４０及び誘導加熱コイル３８は第２ローラ３７上にも同様に配置されていてよい。図示される実施態様では、構成４０及び誘導加熱コイル３８は一体となって加熱器を形成し、この加熱器は、第１ローラ３６及び第２ローラ３７によって画定されるニップ領域３９の近接で第１ローラ３６を加熱するように配置されている。
【００３１】
図９に示される実施態様では、構成４０及び誘導加熱コイル３８は、第１ローラ３６を加熱するために互いに協力して働く。具体的には、第１ローラ３６に埋設されている構成４０は、構成４０のニップ領域３９に対する近接度に基づいて、通常参照番号４８で示されるようにスイッチをオンにすることができ、並びに通常参照番号５０で示されるようにスイッチをオフにすることができる。
【００３２】
カレンダ装置３５は、第１ローラ及び第２ローラを冷却するように構成された冷却システムをさらに備え、回転中、ローラ、又はローラの様々な部分の温度を厳しい温度制約内に維持することができる。本技術の一実施態様では、冷却システムは、第１ローラ及び第２ローラの一方又は両方の中に埋設された冷却導管５２を備える。当業者には理解されるであろうが、冷却システム（図示された冷却導管５２の形態、又は他の形態）は、高分子基材に対する第１ローラ３６及び／又は第２ローラ３７の温度プロファイルを制御する本明細書で考察した受動的及び能動的加熱技術と共に使用することができる。具体的には、冷却システムと受動的及び／又は能動的加熱技術との組合せは、ローラが高分子基材に接触している間、１つのローラ又は複数のローラの表面に所望の温度プロファイルをもたらす。一実施態様では、所望の温度プロファイルは、ニップ領域の入口での温度が、普通なら高分子基材のみの温度に基づいて観測される温度より高くなり、それにより、カレンダ時により高い布目の正確さを得ることができる。
【００３３】
図９に示される実施態様では、ローラ表面を加熱する手段を用意することにより、ニップ領域でローラに接しているフィルムが熱を失う速度が下がり、従って、ローラの圧力がフィルムに加わる間、フィルムがニップ領域３９内でより長い時間にわたってそのＴｇを超えたままになる。これは、ニップ領域より手前の（複数の）ローラを加熱することにより高分子基材がより長い時間にわたって高い温度に維持されて、高い正確さで布目を複製するための高い温度の時間が長くなることが理由である。フィルムがより長い時間にわたって高い温度に維持されると、高分子鎖がより緩和され、したがって複製の深さが増す。
【００３４】
次に、図１０を参照すると、布目付き高分子フィルム４６を形成する第２の例示的なカレンダ装置５６が示されている。カレンダ装置５６は、第１ローラ３６及び第２ローラ３７の両方に埋設されてそれらを通って軸方向に延在している複数の抵抗ヒータ５７を備える。第１ローラ３６及び第２ローラ３７の抵抗ヒータ５７は、互いに協力して働いて、第１ローラ３６及び第２ローラ３７の表面がニップ領域３９を通過するときに第１ローラ３６及び第２ローラ３７のそれぞれの表面を加熱する。加熱速度は、抵抗ヒータ５７に入力される電流を調節することによって制御することができる。当業者には理解されるであろうが、第１ローラ３６及び第２ローラ３７がニップ領域３９を通過するときにそれらを加熱することにより、高分子基材４２がローラによって冷却される速度が下がり、布目付き高分子フィルム４６上でのローラ表面のパターン又は布目の複製の正確さが増す。一実施例では、カレンダ装置５６は、抵抗ヒータに替えて誘導コイルを備えてよい。この場合、コイルが互いに近くにあるときにニップ領域の近傍のコイル付近の誘導結合（その結果、誘導加熱も）が強くなるため、加熱により自己スイッチングが起きる。コイルが互いから離れるように移動すると、結合は弱くなり、相応して発生する熱も減少する。
【００３５】
さらに、一実施態様では、抵抗ヒータ５７は、抵抗ヒータ５７のニップ領域３９に対する近接度に基づいて、全体として参照番号５８で示されるようにスイッチをオンにすることができ、並びに全体として参照番号５９で示されるようにスイッチをオフにすることができる。それぞれのローラの温度をよりよく制御するために、それぞれのローラで抵抗ヒータ５７を選択的に制御することができる。抵抗ヒータ５７は、少なくとも１つの回転部材と少なくとも１つの静止部材との間での電力を伝達する１組の電流転換器及び接触ブラシを備える構成を介して選択的に電力を受けるように設定することができる（この構成は一般的に、直流モータで使用される整流子−ブラシ構成に似ている）。
【００３６】
さらに、図９に関連して説明したように、冷却導管５２は第１ローラ及び第２ローラを冷却し、それにより、選択的な加熱及び冷却の組合せにより第１ローラ３６及び第２ローラ３７の様々な部分を所望の温度範囲内に維持することができる。
【００３７】
図１１は、第１ローラ３６の近くに配置される輻射ヒータなどの輻射加熱器６２を使用して布目付き高分子フィルム４６を形成する別の例示的なカレンダ装置６０を示す。輻射ヒータは、それらに限定されるものではないが、赤外線ヒータ、高輝度ランプ、アークランプ又はレーザを含んでよい。熱源（輻射ヒータ）からの輻射エネルギーは、介在する空気を加熱することなく光子相互作用により物体を加熱する約１ナノメートル（ｎｍ）〜約１ミリメートル（ｍｍ）の範囲の波長を有していてよい。本明細書で使用されているように、「輻射加熱器」という用語は、輻射エネルギー源、並びに反射器などの関連部品を指し、これらは以下でより詳細に考察される。輻射加熱器６２を含む実施態様の場合、ローラ表面は輻射加熱器に近接することが望ましい。これにより加熱手段のローラへの効果的なつながりが確実なものになり、それにより小型の加熱ユニットでローラ表面を高い温度にする。ローラ表面は、いずれの場所の線源の輻射線に対しても約０．３〜約１．０の範囲の吸収性をもつように設計することができるが、吸収性がより高い値ことが好ましい。
【００３８】
例えば、図示された例示的な輻射加熱器６２は、第１ローラ３６に隣接して配置され、ニップ領域３９に接近すると第１ローラ３６の表面を加熱するように構成される、赤外線ヒータ、高輝度ランプ又はレーザなどの輻射熱源６４を備える。輻射熱源６４は、輻射線６８を介して所望の表面温度まで第１ローラ３６を加熱して、それにより、高分子基材４２が冷却される速度が下がり、布目付き高分子フィルム４６上でのローラ表面のパターン又は布目の複製の正確さが増す。図１１の実施態様は、第１ローラ３６を加熱するように配置された輻射加熱器６２を示しているが、別の実施態様では、輻射加熱器６２は、第１ローラ３６に加えて第２ローラ３７を加熱するのに使用してもよい。
【００３９】
輻射加熱の利点はローラ表面の迅速な加熱である。さらに、輻射加熱は、金属及び非金属のローラ表面の加熱、並びに所望の場合、高分子基材の加熱に適している。加えて、輻射加熱源６４に供給される電力は、加熱速度を調整するために調節されてよい。
【００４０】
次に、図１２を参照すると、布目付き高分子フィルム４６を形成する別の例示的なカレンダ装置７０が示されており、これでは輻射加熱器６２を使用する。図１２に示される実施態様では、輻射加熱器６２は、第１ローラ３６から離れて位置する。この構成は、空間制約又は他の障害物ために第１ローラ３６の近くに輻射加熱器６２を配置することができない環境で使用することができる。前述した他の構成部品及び構成部品の機能は変わらない。
【００４１】
同様に、図１３は、輻射加熱器６２及び反射器７４を備え、布目付き高分子フィルム４６を形成する例示的なカレンダ装置７２を示す。図１２に関連して考察したように、図１３で示される実施態様では、ニップ領域３９に接近するときに加熱される、第１ローラ３６の表面のような、領域から離れて、輻射線源６４を配置することが可能になる。図示される実施態様では、反射器７４は第１ローラ３６上に輻射エネルギー６８を向けるように構成される。このようにして、反射器７４は、所望の位置に対して反射するような好適な位置に配置でき、輻射源６４は、ローラからより離れて配置できる。このようにして、湾曲反射器（放物線状又は楕円状）などの反射器７４の使用により、有効輻射エネルギー６８を加熱される領域にかなり集束させることができる。これは、かなり限定された幾何学的領域に熱輻射を集束させることが望ましい状況では、集束光学機器、レンズ、反射器などにより実現することができる。放射線６８を方向づけるための１つの反射器を図示しているが、別の実施態様では、第１ローラ３６、又は第１ローラ３６及び第２ローラ３６の両方のそれぞれの所望の領域へ１個以上の輻射加熱器６２の放射線６８を向けるために複数の反射器を使用してよいことに留意されたい。さらに、上で説明したように、輻射加熱器６２の出力を調節して所望の加熱速度を得ることができる。
【００４２】
同様に、図１４は、ニップ領域３９に接近したときに第１ローラ３６及び第２ローラ３７の両方の限定された部分を加熱するように構成される複数の輻射加熱器６２を備え、布目付き高分子フィルム４６を形成する例示的なカレンダ装置７６を示す。図９〜１３を参照しながら説明した装置７６の他の構成部品の機能は変わらない。
【００４３】
図１１〜１４の前記考察は、輻射加熱器６２を使用した第１ローラ３６及び第２ローラ３７の加熱に関連したが、図１５は、高分子基材４２を直接に加熱するように構成された輻射加熱器６２を使用して布目付き高分子フィルム４６を形成する別の例示的なカレンダ装置７８を示す。図１５に示すように、高分子基材４６は、輻射加熱器６２から輻射エネルギー６８が注がれる吸収性物質８０が被覆されてよい。このようにして、高分子基材４２の加熱を強めることができ、またさもなければより効果的にすることができる。吸収性物質８０は単一の合成基材でよく、あるいはそのような合成物の混合物から構成されてよいことに留意されたい。
【００４４】
一実施態様では、輻射加熱器６２及び吸収性物質８０によって実現される加熱が、布目がインプリントされる表面などの、高分子基材４２の少なくとも一部分を融解するのに十分である場合がある。あるいは、加熱は、例えば、加熱される部分をその物質のガラス転移温度を超える温度に上げることにより、高分子基材４２の加熱される部分を軟化させるだけの場合がある。どちらの場合も、加熱により、高分子基材４２の加熱される部分では加熱される表面に沿って凹部及び／又は凸部が形成されやすくなり、それにより、布目複製加工の正確さが向上する。
【００４５】
次に、図１６を参照すると、布目付き高分子フィルム４６を形成する別の例示的なカレンダ装置８４が示されている。装置８４は、図示されるように、ニップ領域３９に近傍の第１ローラ３６の上側表面を加熱するように構成される輻射加熱器６２を備える。複数の感知装置（８６〜９４）が装置８４の周辺に配置されていてよい。感知装置は、装置８４の様々な作動パラメータを監視又は計測するように、及び／又は、直接又は制御機構へのフィードバックを介してこれらの作動パラメータを調整するように構成されていてよい。一実施例では、装置８４は、少なくとも１つの速度センサ８６、少なくとも１つの温度センサ８８、及びロールギャップセンサ９０を備える。当業者には理解されるであろうが、それぞれのセンサは、装置８４に対して図示された位置以外の別の位置に配置されていてよい。さらに、使用することができるセンサの種類は、列挙した種類に限定されず、１つ以上の対象の作動パラメータを監視すること、及び／又は感知されたデータに基づいてカレンダ装置８４の作動を調節することができる任意のセンサを含んでいてよい。
【００４６】
本技術の一実施態様では、速度センサ８６は、第１ローラ３６及び第２ローラ３７の速度を監視する。同様に、図示される実施態様では、温度センサ８８は、第１ローラ３６の近くに配置されてローラの温度を監視する。同様に、この実施態様では、第２の温度センサ９２が、高分子基材４２がニップ領域３９に入る場所の近くに配置されて、ニップ領域３９に入る高分子基材４２の温度を監視する。同様に、この実施態様では、第３の温度センサ９４が、布目付き高分子フィルム４６が第１ローラ３６及び第２ローラ３７から出てくる場所の近くに配置されて、排出される布目付き高分子フィルム４６の温度を計測する。ニップ領域３９の近くに配置されるロールギャップセンサ９０は、やはり図示の実施態様に存在しており、第１ローラ３６と第２ローラ３７との間の距離を計測するように構成される。本明細書で言及したセンサは単に例示的なものであり、別の実施態様は、本明細書で説明した種類のセンサに限定されるものではない、あるいは、図示される例示的な実施態様で説明されたこれらのセンサの配置に限定されるものではないことに留意することができる。
【００４７】
当業者には理解されるであろうが、図１６で示された実施態様のセンサは、協調して働くように構成されてよい。例えば、図１７を参照すると、本明細書で説明したセンサ及び構成部品を含む制御体系の例示的な一実施態様が示されている。具体的には、図１７は、本明細書で説明したように例示的なカレンダ装置の様々な作動パラメータを制御するための制御システム９８を示す。図１７に示されるように、並びに図１６を参照しながら上で説明したように、制御システム９８は、カレンダ装置の様々な作動パラメータを監視するためのいくつかのセンサを備える。センサは、ローラ表面温度センサ８８、ロールギャップセンサ９０、ローラ速度センサ８６、高分子基材温度センサ９２、及び／又は布目付きフィルム温度センサ９４を含んでいてよい。
【００４８】
上述したセンサのいくつか又はすべては制御装置１００に結合されてよく、この制御装置１００は、上述したセンサによって提供されるデータに基づいて、カレンダ装置の様々な作動パラメータを監視並びに制御するように採用されていてよい。図示される実施態様では、電源ユニット１０２は、必要な電力を制御装置１００並びに加熱器６２に供給する。さらに、電源ユニット１０２は、カレンダローラ駆動システム１０４及びカレンダ冷却システム１０６にも電力を供給する。図示される実施態様では、電源ユニット１０２の作動が、温度センサ、ロールギャップセンサ又はローラ速度センサの１つ又は複数の入力に基づいて制御装置１００によって制御されて、カレンダ装置の作動パラメータを制御することができる。例えば、この実施態様では、制御装置１００は電源ユニット１０２の出力を調整して、加熱器６２、駆動システム１０４又は冷却システム１０６のうちの１つ以上の作動を調節することができる。
【００４９】
本明細書では、本発明のいくつかの特徴のみを例示及び説明してきたが、多くの修正及び変更が当業者には思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨内にあるこれらの修正及び変更のすべてを包含していることを意図するものであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本技術の実施態様に従って、ニップ領域にあるローラ表面のピーク温度が高分子フィルムの複製に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】本技術の実施態様に従って、表面の熱伝導率が高分子フィルム内のローラ表面の複製の深さに及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】布目付き高分子フィルムを形成する典型的な装置の図である。
【図４】本技術の一実施態様に従って、図３の工程により布目付き高分子フィルムを形成するローラの例示的な布目付き表面の直径方向の断面図である。
【図５】本技術の一実施態様に従って、図３の工程により布目付き高分子フィルムを形成するローラの別の例示的な布目付き表面の図である。
【図６】本技術の一実施態様に従って、図３に示される工程で使用されるローラ上に含まれるコーティングの使用を示す図である。
【図７】本技術の別の実施態様に従って、図３に示される工程で使用されるローラ上に含まれるコーティングの使用を示す図である。
【図８】、本技術のさらに別の実施態様に従って、図３に示される工程で使用されるローラ上に含まれるコーティングの使用を示す図である。
【図９】本技術の一実施態様に従って、ローラに埋設されて渦電流加熱に導電する構造体と、少なくとも１つの上記ローラの表面の近くに位置する誘導加熱コイルとを使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１０】本技術の一実施態様に従って、１つ以上のローラに埋設された抵抗ヒータを使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１１】本技術の一実施態様に従って、ローラの近くに配置された輻射加熱器を使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１２】本技術の一実施態様に従って、ローラから離れて配置された輻射加熱器を使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１３】本技術の一実施態様に従って、輻射線をローラに向けるように構成された反射器と共に輻射加熱器を使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１４】本技術の一実施態様に従って、ローラの限定された部分を加熱するように構成された複数の輻射加熱器を使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１５】本技術の一実施態様に従って、フィルムを直接加熱するように構成された輻射加熱器を使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１６】本技術の一実施態様に従って、輻射加熱器と、装置の周りに配置されて装置の様々な作動パラメータを感知する感知装置とを使用して布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の図である。
【図１７】本技術の一実施態様に従って、布目付き高分子フィルムを形成する例示的な装置の様々な作動パラメータを感知する制御システムの概略図である。
【図１】
2008543617.tif 000003
【図２】
2008543617.tif 000004
【図３】
2008543617.tif 000005
【図４】
2008543617.tif 000006
【図５】
2008543617.tif 000007
【図６】
2008543617.tif 000008
【図７】
2008543617.tif 000009
【図８】
2008543617.tif 000010
【図９】
2008543617.tif 000011
【図１０】
2008543617.tif 000012
【図１１】
2008543617.tif 000013
【図１２】
2008543617.tif 000014
【図１３】
2008543617.tif 000015
【図１４】
2008543617.tif 000016
【図１５】
2008543617.tif 000017
【図１６】
2008543617.tif 000018
【図１７】
2008543617.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月12日(2007.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記加熱器が、第１ローラ及び第２ローラによって画定されるニップ領域に入る高分子基材を加熱するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記加熱器が、誘導加熱コイル、輻射加熱器、抵抗ヒータ、及びそれらの組合せの少なくとも１つである、請求項１に記載の装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本技術の他の実施態様に従って、布目付きの高分子フィルムを形成する装置の様々な作動パラメータを監視及び制御するための制御システムが開示される。制御システムは、布目付き高分子フィルムを形成するように構成された第１ローラ及び第２ローラを備える。制御システムはまた、第１ローラ及び第２ローラの一方の少なくとも限定された部分を加熱するように構成された加熱器と、第１ローラ及び布目付き高分子フィルムの少なくとも一方の、又は、布目付き高分子フィルムへと形成される高分子基材の温度を測定するようにされた温度感知装置を備える。さらに、制御システムは、第１ローラ及び第２ローラの少なくとも一方を冷却するように構成された冷却システムと、第１ローラ及び第２ローラの少なくとも一方を駆動させるように構成されたローラ駆動システムを備える。最後に、制御システムは、温度感知装置の出力に基づいて加熱器、冷却システム又はローラ駆動システムの少なくとも１つを制御するように構成された制御装置を備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
上述したセンサのいくつか又はすべては制御装置１００に結合されてよく、この制御装置１００は、上述したセンサによって提供されるデータに基づいて、カレンダ装置の様々な作動パラメータを監視並びに制御するように採用されていてよい。図示される実施態様では、電源ユニット１０２は、必要な電力を制御装置１００並びに加熱器６２に供給する。さらに、電源ユニット１０２は、カレンダローラ駆動システム１０４及びカレンダローラ冷却システム１０６にも電力を供給する。図示される実施態様では、電源ユニット１０２の作動が、温度センサ、ロールギャップセンサ又はローラ速度センサの１つ又は複数の入力に基づいて制御装置１００によって制御されて、カレンダ装置の作動パラメータを制御することができる。例えば、この実施態様では、制御装置１００は電源ユニット１０２の出力を調整して、加熱器６２、駆動システム１０４又は冷却システム１０６のうちの１つ以上の作動を調節することができる。
【国際調査報告】
2008543617.tif 000020
2008543617.tif 000021
2008543617.tif 000022
2008543617.tif 000023
2008543617.tif 000024
2008543617.tif 000025
2008543617.tif 000026
2008543617.tif 000027