(57)【要約】【課題】シートを巻き取りロール体にする際に使用する接圧用ロールとして、低摩擦係数で経時変化が少ないゴムロールを提供する。【解決手段】表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を成膜することにより、低摩擦係数で経時変化の少ないゴムロールを得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の静摩擦係数が０．３以下であり、かつ、硬度が３０〜７０度の範囲であるロール。
【請求項２】
概略円筒形の芯の側面に、該芯を形成する素材よりも柔らかい素材の層が形成され、該柔らかい素材の層の表面に多数の小領域がロール面内方向に独立して形成されてなる層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロール。
【請求項３】
前記多数の小領域は炭素膜を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のロール。
【請求項４】
前記柔らかい素材は、クロロプレン系、ウレタン系、クロロスルホン化ポリエチレン系、シリコーン系のいずれかひとつ以上のゴムを含むものである請求項２〜３のいずれかに記載のロール。
【請求項５】
前記多数の小領域からなる層は、１０ｎｍ〜３μｍの厚みを有するものであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のロール。
【請求項６】
前記芯は、炭素繊維を補強材として用いたＦＲＰを含む素材からなるものであることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のロール。
【請求項７】
請求項１〜６に記載のロールを接圧ロールとして備えてなることを特徴とするシートの巻き取り装置。
【請求項８】
請求項７に記載の巻き取り装置を用いてシートを巻き取り、シートロール体となすシートロール体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シワなどの巻き姿欠点や、静電気による帯電欠点がなくロール状に巻き取られたシート（以下、シートロール体と言う）を製造する方法とそのために用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックフィルム等のシートをロール状に巻き取る際に、シワなどの巻き姿欠点や、静電気による帯電欠点がなく巻き取ることは重要である。一般に、シートを巻き取る際には、空気を排除して巻き姿良くシートロール体を巻き取るため、接圧ロールをそのときまで巻き取られたシートロール体に押し当てて巻き取る。この際、接圧ロールとしては、シートの厚みむら等に起因するシートロール体の微小な凹凸に追従して空気を排除する必要があるため、金属ロールに比較して硬度の低いシリコーンやウレタンなどのゴムを芯に巻いたゴムロールが用いられることが多い。
【０００３】
この際、ゴムロールには、巻き取ったシートロール体のシワや静電気帯電を抑制するため、低摩擦のゴム表面が要求される。
【０００４】
これに対し、一般的には、ゴムの表面を研磨して仕上げているが、例えば特許文献１に示されるようにゴムの表面を薬液処理したり、特許文献２に示されるように紫外線照射による表面処理をすることなどが知られている。
【０００５】
しかし、これらの薬液処理や紫外線処理は、化学処理という性格上、処理可能なゴムの種類が限られており、すべてのゴムに有効と言うわけではない。また、一般的にゴム材料は、表面が柔らかいことから、その特性が経時的に変化し、例えば、接圧ロールとして長時間使用すると、表面処理層が摩滅するなどの理由で、初期の表面状態が維持されなくなるという課題があった。また、ゴムの中に含まれる軟化剤、可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、導電剤、プロセスオイルなどの添加剤や、未反応モノマー、オリゴマーなどが、次第にその表面に滲み出してくる結果、ゴムの表面が変化し、摩擦係数やゴム硬度が変化したり、クラックが発生したりという課題もあった。
【０００６】
なお、上記目的で使用される接圧ロールの内部構造（特に、本発明の「芯」に対応する部分の構造）については、特許文献３および特許文献４に好ましい例が開示されている。
【０００７】
また、後述の本発明における「多数の小領域からなる層」の形成方法の一例が、特許文献５〜７に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２１８１２１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平０９−１９７８０１号公報
【００１０】
【特許文献３】
特公平６−４５４１０号公報
【００１１】
【特許文献４】
特許第２８８８１３９号公報
【００１２】
【特許文献５】
特開平１０−３５４１８号公報
【００１３】
【特許文献６】
特開平１０−１３０４２８号公報
【００１４】
【特許文献７】
特開２００２−１２１６６９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、シートロール体の製造に特に好適な表面特性を有し、しかも、長時間使用しても経時変化の少ないロールを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の第２の目的は、このロールを接圧ロールとして用いた巻取装置およびこのような装置を用いた良好な品位のシートロール体の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、表面の静摩擦係数が０．３以下であり、かつ、硬度が３０〜７０度の範囲であるロールが提供される。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態によれば、概略円筒形の芯の側面に、該芯を形成する素材よりも柔らかい素材の層が形成され、該柔らかい素材の層の表面に多数の小領域がロール面内方向に独立して形成されてなる層が形成されていることを特徴とするロールが提供される。
【００１９】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記多数の小領域は炭素膜を含むものであることを特徴とするロールが提供される。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記柔らかい素材は、クロロプレン系、ウレタン系、クロロスルホン化ポリエチレン系、シリコーン系のいずれかひとつ以上のゴムを含むものであるロールが提供される。
【００２１】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記多数の小領域からなる層は、１０ｎｍ〜３μｍの厚みを有するものであることを特徴とするロールが提供される。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記芯は、炭素繊維を補強材として用いたＦＲＰを含む素材からなるものであることを特徴とするロールが提供される。
【００２３】
また、本発明の別の形態によれば、上記のロールを接圧ロールとして備えてなることを特徴とするシートの巻き取り装置が提供される。
【００２４】
また、本発明の好ましい形態によれば、巻き取り装置を用いてシートを巻き取り、シートロール体となすシートロール体の製造方法が提供される。
【００２５】
本発明においてシートとは、プラスチックフィルムや布帛、紙などのウエブがその代表としてあげられる。特に、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、ナイロンフィルム、アラミドフィルム、ポリエチレンフィルムなどのプラスチックフィルムは絶縁性が高く、帯電欠点を抑制する面からも、本発明の対象物として好適である。
【００２６】
本発明において、ロールの「静摩擦係数」は、ヘイドン（ＨＥＩＤＯＮ）式摩擦測定法を用いて、厚み６μｍ、表面の中心線面平均粗さＳＲａ＝２０ｎｍの東レ株式会社製ポリエチレンテレフタレートフィルム「ルミラー」と摩擦して測定した値とする。なお、フィルムの中心線面平均粗さＳＲａ値は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１で規定するＲａに相当する値であり、小坂研究所製の光触針式３次元粗さ計（ＥＴ−３０ＨＫ）を用い、測定方向は幅方向、カットオフ値は０．０８ｍｍ、測定長は０．１〜０．２５ｍｍ、送りピッチは０．２μｍ、測定スピードは２０μｍ／ｓ、測定本数は１００本とする。また、静摩擦係数の測定器としては、ＨＥＩＤＯＮ社製トライボギアＴＹＰＥ９４ｉを使用する。上記ポリエチレンテレフタレートフィルムを測定器の測定スライダーに張り付け、軸方向が水平方向となるように静置したロールの側面（ロールの目的に即して使用される部位）にこの測定器を押し当てて測定を５回行い、表示される静摩擦係数の平均値を求める。
【００２７】
本発明において、「略円筒形の芯」とは、柔らかい素材の層が形成される内側の形状が概略円筒表面の形状を有する芯材をいう。芯材の内部は中空であってもよく、中実であってもよい。内部が中空の場合の例として、特許文献３や４に記載の事例をあげることができる。特に、特許文献４の事例は、炭素繊維を補強材料とするＦＲＰ（繊維強化プラスチック）を主要な素材としており、接圧ロールとして好適な構成を有している。なお、ここで「概略円筒」とは、全体的な形状として円筒形、または、おおむね円筒形をしているが軸方向の部位によって直径が多少変化する形状であるものをいう。軸方向中央部の直径が両端部より大きくなっているクラウン形状や、軸方向中央部の直径が両端部より小さくなっている逆クラウン形状などがこれに含まれる。芯は、半径方向に積層された多層構造をとっていてもよい。なお、表面は平滑であっても良いが、そうでなくてもよく、溝や凹凸が形成されていても構わない。
【００２８】
本発明において、「芯を形成する素材」は、芯の表面を形成する素材をいう。好ましくは、鉄やＳＵＳ、アルミニウムなどの金属や、炭素繊維を補強部材として使用したＦＲＰなどが好ましく用いられる。
【００２９】
本発明において、「柔らかい素材」は、「芯を形成する素材」よりも柔らかい素材をいう。好ましくは、クロロプレン系、ウレタン系、クロロスルホン化ポリエチレン系、シリコーン系のいずれかひとつ以上のゴムを含むゴム系の素材を用いるが、適当な硬度を有する素材ならば何でもよい。なお、柔らかい素材の層は、複数の素材の層が半径方向に積層されたものであってもよい。また、この層も表面が概略円筒形状を有しているのが良く、「芯」と同様、クラウン形状や逆クラウン形状なども目的に応じて使用される。また、表面は必ずしも平滑である必要はなく、溝や凹凸が形成されていても差し支えない。芯を形成する素材との柔らかさの比較は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３  タイプＡに規定する測定法により行なう。この規格で規定されたＪＩＳスプリング式硬さ試験器を、軸方向が水平方向となるように静置した「芯を形成する素材」または「柔らかい素材」の側面に水平に載せ、１ｋｇ重の荷重をかけた時の硬度表示を読みとる。値は、ロールの目的に即して使用される部位における任意の５箇所を測定し、その平均値を用いる。
【００３０】
本発明において、「多数の小領域がロール表面の面内方向に独立して形成されている」とは、ロール表面が多数の小領域に分割され、その小領域ごとに一体となった硬い素材の部位が存在し、外部から表面の法線方向の圧力が印加され、柔らかい素材が変形しようとしたときに、各小領域が隣接する小領域とは独立して柔らかい素材の変形に追随するよう移動することが可能なように形成されていることをいう。この構造の例は、非晶質の炭素膜処理をゴム表面に施したものの例として、特許文献３および４に開示されている。
【００３１】
本発明において、「多数の小領域からなる層の厚み」とは、硬い素材の表層のロールの目的に即した使用方法により使用される領域における平均の厚みをいう。この厚みは、ロールから切り出した「多数の小領域をからなる層」を含む「柔らかい素材の層」の断面（ロールの半径方向を含む平面）を顕微鏡で観察して求めた。「多数の小領域からなる層」の厚みが厚い場合には光学顕微鏡で観察しても良いし、薄い場合にはＳＥＭ（走査式電子顕微鏡）で観察することもできる。ロールの回転方向および軸方向に任意の位置から５つのサンプルを切り出し、その平均値をもって測定値とする。但し、溝付きロールの場合は、溝部のない部位で測定を行なう。
【００３２】
本発明において、「炭素膜処理」とは、柔軟な素材の表面上に炭素の硬質の皮膜を形成する処理をいう。たとえば、メタン、アセチレン、エチレンなど炭化水素系のガスを用いたプラズマＣＶＤ（化学的気相成膜）等を用いれば、ゴムなどの柔らかい素材の層の上に硬質の皮膜を成膜することができる。この被皮膜は、多くの場合非晶質となる。なお、本発明においては比較的柔らかい素材の表面に形成することになるので、柔らかい素材の表面の変形に追随できるような構造を有しているのが好ましい。なお、このほか、かかる膜の成膜手段としては、上に述べたプラズマＣＶＤ法以外にも、スパッタリング法、イオンビーム法、イオンプレーティング法などの方法も用いることができる。この膜は、「ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）」と呼ばれることがある。かかる炭素膜は、表面の静摩擦係数がゴムなどに比べて格段に小さく、摩耗に強いため高い耐久性を有するという特徴がある。
【００３３】
本発明において、「硬度」は、ＪＩＳ  Ｋ６２５３  タイプＡに規定する測定法により行なう。この規格で規定されたＪＩＳスプリング式硬さ試験器を、軸方向を水平に静置したロールの上に水平に載せ、１ｋｇ重の荷重をかけた時の硬度表示を読みとる。値は、任意の５箇所を測定し、その平均値を用いる。但し、溝付きロールの場合は、溝部のない部位で測定を行なう。
【００３４】
図２は、ゴムなどの柔軟な素材の層を有するロールの表面にプラズマＣＶＤ法により炭素膜処理をする成膜装置の構成を模式的に示した例である。図２において、真空容器１０は真空排気機構１１により減圧される。真空容器１０の内部には、表面処理を行うゴムロール１２が回転駆動手段１３を伴いセットされる。プラズマ生成用電極１４には、電源１５から電力が供給され、ガス導入管１６から供給される炭化水素系ガスをプラズマ化する。ロールを１〜１０ｒｐｍの速度で回転させながら、ゴムロール表面に所定の厚みの炭素膜を成膜する。この際、ゴムロール１２の芯金は鉄を使用し、電気的に接地され、電源１５からの交流電力がゴム層を介してプラズマ生成電極１４との間にプラズマを発生させるが、ゴムロールとは別に対極を設けても良いし、直流電力によるプラズマ生成も可能である。なお、炭素膜の成膜の際に、必ずしもロールを連続的に回転させる必要はなく、例えば、ロールの周方向に何度かに分割して成膜することも可能である。
【００３５】
また、ゴムロールに炭素膜を成膜する方法としては、このようにゴムロールに直接炭素膜を成膜する方法の他、シート状あるいはリボン状のゴムに炭素膜を成膜した後に、これらのゴムシートあるいはゴムリボンを芯や下地ゴム層を有するゴムロールに巻き付けて炭素膜のゴムロールを形成することも可能である。この場合、成膜装置にロールの回転機構が不要であり、成膜装置も小型化できることから好ましい。
【００３６】
なお、多数の小領域からなる層の膜の厚みは薄すぎると均一な厚みでの成膜が難しく島状の膜となってしまい、連続した膜にならず好ましくない。一方で、膜が厚すぎると成膜の際のゴムへの熱負荷が大きくなってゴムの劣化を引き起こしたり、多数の小領域からなる層の柔軟性が劣ったりするため１０ｎｍ〜３μｍが望ましく、さらに望ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を「柔らかい素材」としてゴムを使用したゴムロールを例にとって、図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
図１は、本実施形態のゴムロールの構成を、模式的に示した、ロール軸方向に直交する平面内における断面図である。図１において、ゴムロール１は、芯２にゴム層３が巻かれ、そのゴム層３の表面に非晶質炭素膜（以下、ダイヤモンドライクカーボン膜、ＤＬＣ膜と略記する）４を形成したものである。また、ゴム層３の表面は、研磨などの物理的手段、薬液を使用する化学的手段、紫外線などを使用する光学的手段、放電やプラズマなどを用いた電気的手段により、表面処理されていてもよい。ＤＬＣ膜４は、特許文献５や特許文献６に示された方法を用いており、特に、基材であるゴムが柔軟性を持っていることから、このゴムの柔軟性に追従できるよう、ＤＬＣ膜が亀裂により多数の小領域に分割された形で形成してある。
【００３９】
図２は、ゴムロールをシートの巻き取り用接圧ロールとして使用した実施態様に用いる構成を模式的に示した側面図である。図２において、巻き取りコア１０は図示しない駆動手段により回転されることによりシートを巻き取り、シートロール体２１を形成する。図１で説明したゴムロール１は接圧ロールとして揺動アーム２２の下側に回転自在に支持され、揺動アーム２２は上端部を枢支軸２３に枢支されて揺動可能になっている。揺動アーム２２には中間部に油圧シリンダ２４が連結され、その油圧シリンダ２４の作用によってシートロール体２１側へ付勢され、下端のゴムロール（接圧ロール）１をシートロール体２１に接圧している。本発明によるゴムロール（接圧ロール）１はシート２５との摩擦係数が小さいため、シワの発生が防止でき、また摩擦帯電も低減できることから、良好な品位のシートロール体２１を巻き取ることができる。
【００４０】
なお、低摩擦のゴムロールを接圧ロール１に用いることにより、シワや帯電欠点のないロール体２１が得られる理由について、以下に説明する。
【００４１】
一般にシワなくシート２５を巻き取るためには、シート２５が接圧ロール１との接圧点に入る時点でシワがないことが必要である。この際、シート２５を抱きつかせたゴムロール１とシート２５とが滑りやすいと、シート本来の持つ剛性によりシワが入りにくく、またシワを伸ばすことができるというものである。また、一般に接圧ロール１でシートロール体２１を押圧すると、ゴムが変形することからゴムの表面速度はシートロール体２１の表面速度と一致せず、必ず速度差による摩擦が発生する。この摩擦帯電がシートロール体２１の品位を低下させる帯電欠点の原因であるため、ゴム表面の摩擦係数を低くすることにより、この摩擦を低下させ、結果として摩擦帯電を低下させることができるというものである。
【００４２】
また、接圧用のゴムロール１としては、シート２５の厚みむら等に起因するロール体２１の微小な凹凸に追従して空気を排除するため、表面硬度がロール体２１の巻硬度よりも柔らかいゴムであるのが好ましい。なお、巻硬度は、ゴム硬度と同じ方法によって測定する。また、ゴムロール１の硬度が低すぎると接圧の際の変形量が大きくなりゴムの疲弊を早めてしまうし、多数の小領域からなる層がゴムの変形量に追従できなくなることもある。従って、ゴム硬度としては、３０度〜７０度が望ましい。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すゴムロール１の芯２には鉄芯を、ゴム層３には硬度４０度のクロロプレンゴムを使用した。炭素膜４は、図２に示すプラズマＣＶＤ法により、特許文献７に示されるような炭素、酸素、水素を含む分子のガスを用い、１．０μｍの膜厚で成膜を行なった。
（実施例１）
図１に示すような構成でＤＬＣ膜４を成膜したゴムロールの動静摩擦係数は、０．２８であった。
【００４４】
また、シートとして２００ｍｍ×３００ｍｍに切り出した、厚み６μｍ、表面の中心線面平均粗さＳＲａ＝２０ｎｍの東レ株式会社製ポリエチレンテレフタレートフィルム「ルミラー」を用いて、面長２００ｍｍ、直径１００ｍｍのゴムロールとの摩擦帯電量を求めたところ、フィルムの電位は−０．５ｋＶであった。摩擦帯電量は、図４に示すようにシート３３の上にゴムロール１を滑らせないように手で５０ｍｍ／秒の速度で転がした後、シート３３を空中で把持し、シート３３のアースに対する電位を電位計（トレック社製ｍｏｄｅｌ−５２３）にて、４０ｍｍの距離で５点測定し、その平均値で表した。この際、被測定シート３３の背面の摩擦帯電の影響を抑えるために、同種、同寸法のシート３２を下敷きとして使用し、さらにその下には表面の平滑なアースに接続した５００ｍｍ四方の金属板３１を使用している。なお、この測定は気温２５℃、湿度６０％ＲＨの環境の室内で実施した。
（実施例２）
図３に示すようにＤＬＣ膜を成膜したクロロプレンゴムロールを接圧ロールとして使用し、実施例１のポリエチレンテレフタレートフィルムを巻き取った。厚さ６μｍ、幅２００ｍｍ、長さ２０００ｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを速度３００ｍ／分で巻き取ったところ、良好な品位のシートロール体２１が得られた。
（比較例１）
上記実施例１と同様の評価をＤＬＣ膜を成膜しない硬度４０度のクロロプレンゴムロールにて実施した。結果は、動摩擦係数が１．０、ポリエチレンテレフタレートフィルムの帯電は−１．５ｋＶであった。
（比較例２）
上記実施例２と同様の評価をＤＬＣ膜を成膜しない硬度４０度のクロロプレンゴムロールにて実施した。フィルムの種類、巻取速度、巻取張力、接圧などの条件は実施例２と同一である。結果は、周方向に２〜３本のシワが発生し、シートロール体の巻き姿の品位は良好とは言えなかった。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、摩擦抵抗が小さく、かつ実用上充分に柔軟なロールを提供することができ、また、耐久性も向上させることができる。また、このゴムロールを使用することにより、巻き姿品位の良好なシートロール体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかわるゴムロールの構成図である。
【図２】本発明の実施形態にかかわるＤＬＣ成膜装置の構成図である。
【図３】本発明の実施形態にかかわる接圧用ゴムロールを使用した巻き取り装置の構成図である。
【図４】実施例および比較例で使用した帯電の評価方法を示す図である。
【符号の説明】
１：ゴムロール
２：芯
３：ゴム層
４：ＤＬＣ膜
１０：真空容器
１１：排気装置
１２：被処理ゴムロール
１３：ロールの回転駆動装置
１４：放電電極
１５：電源
１６：ガス導入手段
２０：巻き取りコア
２１：シートロール体
２２：揺動アーム
２３：枢支軸
２４：油圧シリンダ
２５：シート
３１：金属板
３２：下敷きシート
３３：帯電被測定シート
【図１】
2004251373.tif 000003
【図２】
2004251373.tif 000004
【図３】
2004251373.tif 000005
【図４】
2004251373.tif 000006