特許 6341489 冷却ロール及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6341489

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】冷却ロール及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/08 20160101AFI20180611BHJP

   B29C 33/04 20060101ALI20180611BHJP

   F28D 15/04 20060101ALN20180611BHJP

【ＦＩ】

   C23C4/08

   B29C33/04

   !F28D15/04 E

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-545091(P2016-545091)

(86)(22)【出願日】2014年8月28日

(86)【国際出願番号】JP2014004427

(87)【国際公開番号】WO2016030929

(87)【国際公開日】20160303

【審査請求日】2017年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000143972

【氏名又は名称】株式会社ササクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100086737

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 和秀

(72)【発明者】

【氏名】元村 智博

(72)【発明者】

【氏名】徳田 賀昭

(72)【発明者】

【氏名】小川 知史

(72)【発明者】

【氏名】小林 智樹

【審査官】 祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５９−１８５５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１０９５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１９２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２１４２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０９６１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１８１３０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第３９３９９００（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第３８８１５４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実公昭５８−０５３４５７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特表２００７−５０４３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２３１６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ４／００−６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却流体が流通する複数の冷却管が内部に配設された円筒体を備え、該円筒体内に、蒸発と凝縮とを繰り返す作動流体が封入される冷却ロールにおいて、
前記円筒体の内周面に金属皮膜が形成され、
前記金属皮膜は、溶射加工によって形成される溶射皮膜であり、前記作動流体を保持する気孔を有する、
冷却ロール。

【請求項2】

前記溶射皮膜の気孔率が、３％以上である、
請求項１に記載の冷却ロール。

【請求項3】

前記溶射皮膜が、Ａｌ皮膜である、請求項１又は２に記載の冷却ロール。

【請求項4】

冷却流体が流通する複数の冷却管が内部に配設された円筒体を備え、該円筒体内に、蒸発と凝縮とを繰り返す作動流体が封入される冷却ロールの製造方法において、
前記円筒体の内周面に金属皮膜を溶射加工によって形成し、前記金属皮膜は前記作動流体を保持する気孔を有する、
冷却ロールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却ロール及びその製造方法に関し、更に詳しくは、合成樹脂等の各種シートや各種フィルムの製造装置、あるいは、これら各種シートや各種フィルムを積層するラミネート装置等に使用される冷却ロール及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、紙等の基材に対して合成樹脂フィルムを貼り合せるラミネート製造装置では、例えば、図１０に示すように、供給ロール２１から繰り出された基材２２を、プレスロール２３と冷却ロール２４との間を通過させ、巻き取りロール２５に巻き取らせる一方、プレスロール２３と冷却ロール２４との間に、ダイ２６から溶融樹脂を流下させてフィルム層２８を形成し、冷却ロール２４にて冷却しながら基材２２に貼合わせて、ラミネート積層紙２９を製造している。

【0003】

上記冷却ロール２４として、例えば、特許文献１には、多数本の冷却用の伝熱管が内部に配設された円筒体内に、作動流体（熱搬送液）を封入し、回転駆動される前記円筒体内における作動流体の蒸発と凝縮との繰り返しによって前記円筒体の表面を冷却する構成が開示されている。

【0004】

更に、作動流体が封入される円筒体の内面には、ウィックを張設して温度の均一化を図って一様に冷却できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特公平０４−２７２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のような冷却ロールでは、更なる冷却能力の向上が要求されており、本発明は、冷却能力を向上させた冷却ロール及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の冷却ロールは、冷却流体が流通する複数の冷却管が内部に配設された円筒体を備え、該円筒体内に、蒸発と凝縮とを繰り返す作動流体が封入される冷却ロールにおいて、前記円筒体の内周面に金属皮膜が形成され、前記金属皮膜は、溶射加工によって形成される溶射皮膜であり、前記作動流体を保持する気孔を有する。

【0008】

前記溶射皮膜の気孔率が、３％以上であるのが好ましい。

【0009】

前記溶射皮膜は、Ａｌ皮膜であるのが好ましい。

【0010】

本発明の冷却ロールによれば、円筒体の内周面にＡｌ皮膜等の金属皮膜である、作動流体を保持する気孔を有する溶射皮膜を、溶射加工によって形成するので、後述のように、沸騰伝熱係数を、円筒体の内周面にウィック加工が施された従来例に比べて高めることが可能となり、冷却効率を高めることができる。

【0011】

本発明の冷却ロールの製造方法は、冷却流体が流通する複数の冷却管が内部に配設された円筒体を備え、該円筒体内に、蒸発と凝縮とを繰り返す作動流体が封入される冷却ロールの製造方法において、前記円筒体の内周面に金属皮膜を溶射加工によって形成し、前記金属皮膜は前記作動流体を保持する気孔を有する。

【0012】

本発明の冷却ロールの製造方法によれば、円筒体の内周面に、金属皮膜を溶射加工によって形成し、金属皮膜は、作動流体を保持する気孔を有するので、後述のように、沸騰伝熱係数を、円筒体の内周面にウィック加工が施された従来例に比べて高めることが可能となり、冷却効率を高めることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、円筒体の内周面に気孔を有する溶射皮膜を溶射加工によって形成するので、冷却ロールの冷却効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る冷却ロールの概略縦断面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ線の断面図である。

【図3】図２の部分拡大断面図である。

【図4】冷却ロールを模擬した試験装置の概略構成図である。

【図5】図４の試験装置によって得られた実施例と比較例の沸騰伝熱係数を示す図である。

【図6】試験用ロールを用いた試験設備の概略構成図である。

【図7】図６の試験用ロール及び加熱ヒータを示す図である。

【図8】図６の試験設備によって得られた実施例と比較例の試験用ロールの沸騰伝熱係数を示す図である。

【図9】図６の試験設備によって得られた実施例と比較例の試験用ロールの沸騰伝熱係数を示す図である。

【図10】ラミネート積層紙の製造装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却ロールの概略縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は、図２の部分拡大断面図である。

【0017】

これらの図を参照して、この実施形態の冷却ロール１は、例えば、上記図１０のラミネート製造装置等に使用する冷却ロールである。この冷却ロール１は、比較的薄い板厚の円筒体２と、この円筒体２を支持する中空の支持軸３とを備えている。円筒体２の両端部には、円筒体２の内部を密封する端板１７，１８が固着されており、更に、端板１７，１８より円筒体２の内方には、内部を密封する別の面板４，５が固着されている。

【0018】

上記支持軸３が、両端板１７，１８及び両面板４，５の中心を気密状態で貫通し、該支持軸３の両端部３ａ，３ｂが、円筒体２の外方に突出している。

【0019】

円筒体２の一端側には、内方の面板４と外方の端板１７とによって、冷却水の入口室６が区画され、中空の支持軸３の一端３ａから供給される冷却水が、矢符で示されるように、入口室６内に導入される。

【0020】

円筒体２の他端側には、内方の面板５と外方の端板１８とによって、冷却水の出口室７が区画され、この出口室７は、中空の支持軸３の他端３ｂと連通し、矢符で示されるように、冷却水の排出経路が構成される。

【0021】

両面板４，５間には、円筒体２の軸線方向（図１の左右方向）に延びて入口室６及び出口室７にそれぞれ連通する冷却管８の複数本が、円周方向に沿って並設されている。

【0022】

これによって、支持軸３の一端３ａから入口室６内に導入された冷却水が、各冷却管８に分配され、各冷却管８内を流れた冷却水が、出口室７から支持軸３の他端３ｂを介して排出されるように構成されている。

【0023】

両面板４，５で区間された円筒体２の内部は、減圧状態とされると共に、代替フロン、ナフタリン、キノリン等のように蒸発と凝縮とを繰り返すようにした作動流体としての作動液(図示せず)が封入されている。

【0024】

この構成において、回転する円筒体２内に封入した作動液は、遠心力によって円筒体２の内周面に接したとき、この円筒体２の外周面に接触する高温の樹脂フィルム等の被冷却シートからの熱によって蒸発し、蒸発した作動液は、各冷却管８への接触によって冷却され、凝縮して液化する。この液化した作動液が、再び、遠心力によって円筒体２の内周面に戻って、被冷却シートからの熱によって蒸発するという、蒸発と凝縮とを繰り返すことによって、被冷却シートの冷却を行う。

【0025】

この実施形態では、冷却効率を高めるために、円筒体２の内周面には、上記特許文献１のようにウィックを張設するのではなく、金属皮膜９を形成している。

【0026】

この金属皮膜９は、円筒体２の内周面の全面に溶射加工によって形成された溶射皮膜であるのが好ましい。この金属皮膜９の膜厚は、１ｍｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは、５００μｍ以下であり、更に好ましくは、１００〜４００μｍ、この実施形態では、２５０μｍ程度としている。この膜厚が、１ｍｍを超えると、十分な伝熱率の向上が見られない。

【0027】

金属皮膜９の材料は、金属やその合金であれば、その種類は特に限定されないが、溶射材料として使用される、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、ＳＵＳ、亜鉛などが好ましい。

【0028】

金属皮膜９を形成するための溶射加工の方法は、特に限定されないが、例えばアークワイヤー溶射を挙げることができ、この実施形態の金属皮膜９は、アークワイヤー溶射によって形成されたＡｌの溶射皮膜である。

【0029】

金属皮膜９は、溶射加工によって形成された溶射皮膜であるので、気孔を有しており、作動流体を、気孔内に保持することができる。したがって、作動液を円筒体２の内周面の金属皮膜９の気孔に保持することができ、これによって、円筒体２の外周面を均一に冷却することができる。この気孔率は、３％以上であるのが好ましく、より好ましくは、５％以上である。

【実施例】

【0030】

次に、本発明の作用効果を、実施例及び比較例に基づいて説明する。

【0031】

実施例は、試験片の表面(沸騰表面)に、上記実施形態と同様にアークワイヤー溶射加工によってＡｌの金属皮膜を膜厚２５０μｍ程度形成した。

【0032】

比較例は、試験片の表面(沸騰表面)に、ウィック加工を施した。このウィック加工は、本件出願人が、市販している従来の冷却ロールと同じウィック加工である。

【0033】

実施例及び比較例の試験片の沸騰伝熱係数を、図４に示される冷却ロールを模擬した試験装置によって測定した。

【0034】

図４において、１０は沸騰容器、１１は試験片、１２は凝縮器、１３は作動液用の熱電対、１４はヒータ、１５は試験片用の熱電対、１６は作動液である。作動液１６は、Ｒ−１２３の代替フロンを使用し、次のような手順でそれぞれ測定行った。

【0035】

沸騰容器１０内を真空状態とし、作動液１６を３０〜６０ｍｌ封入する。ヒータ１４で試験片１１をその裏面側から加熱し、試験片１１の沸騰表面から作動液１６を沸騰させて蒸発させながら、沸騰容器１０内の圧力を正圧まで上昇させ、沸騰容器１０の上部に溜まった不凝縮ガスを抜いて、沸騰容器１０内を密閉する。

【0036】

その後、冷却水を循環させ、平衡状態になったところで、冷却水の入口、出口及び試験片１１の温度を測定した。作動液１６の深さは沸騰状態で約１５ｍｍとした。

【0037】

沸騰伝熱係数は、熱流束（ヒートフラックス）に対する沸騰伝熱係数であり、試験片１１の沸騰表面の温度は、各点に設置した熱電対１５の温度差により求めた。熱流束(ヒートフラックス)及び沸騰伝熱係数は以下の式（１）（２）を使用して求めた。

【0038】

ｑ＝Ｖ×Ｃｐｗ×ρｗ×（Ｔｗ´−Ｔｗ）／Ａ …（１）
ｈｂ＝ｑ÷（Ｔｓ−Ｔｌ） …（２）
なお、上記式（１）（２）において、ｑは熱流束[ｋｃａｌ／ｍ²ｈ]、Ｖは冷却水量「ｍ³／ｈ」、Ｃｐｗは冷却水の比熱[ｋｃａｌ／ｋｇ℃]、ρｗは冷却水の密度[ｋｇ／ｍ³]、Ｔｗ´は冷却水の出口温度[℃]、Ｔｗは冷却水の入口温度[℃]、Ａは作動液の沸騰伝熱面積[ｍ²]、ｈｂは作動液の沸騰伝熱係数[ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃]、Ｔｓは沸騰表面温度[℃]、Ｔｌは作動液温度[℃]である。

【0039】

上記手順により測定した結果を図５に示す。図５において、実線は実施例を、破線は比較例をそれぞれ示している。

【0040】

図５に示すように、実施例の試験片の沸騰伝熱係数が、比較例の試験片の沸騰伝熱係数を上回っている。

【0041】

このように、表面にアークワイヤー溶射加工によってＡｌの金属皮膜を膜厚２５０μｍ程度形成した実施例の試験片は、表面に、本件出願人が市販している従来の冷却ロールと同じウィック加工を施した比較例の試験片に比べて、沸騰伝熱係数が向上し、冷却効率が向上していることが分る。

【0042】

更に、試験用ロールとして、実施例及び比較例の冷却ロールを製作し、各冷却ロールについて、沸騰伝熱係数を測定した。

【0043】

実施例の冷却ロールは、円筒体の内周面に、上記実施形態と同様にアークワイヤー溶射加工によってＡｌの金属皮膜を膜厚２５０μｍ程度形成した。

【0044】

比較例の冷却ロールは、円筒体の内周面に、ウィック加工を施した。このウィック加工は、本件出願人が、市販している従来の冷却ロールと同じウィック加工である。

【0045】

実施例及び比較例の冷却ロールの沸騰伝熱係数を、２種類の作動液である代替フロンＲ−１２４，Ｒ−１３４ａをそれぞれ用いて、図６に示される試験設備で沸騰伝熱係数を測定した。

【0046】

図６において、３０は実施例または比較例の冷却ロールである試験用ロール、３１，３２は試験用ロール３０への冷却水の入口及び出口の温度をそれぞれ計測する第１，第２温度計、３３は冷却水の流量を計測する流量計、３４は冷却水ポンプ、３５は試験用ロール３０を回転駆動するモータ、３７〜４１は試験用ロール３０の表面温度を、その軸線方向（図６の左右方向）に沿う異なる位置でそれぞれ計測する第１〜第５表面温度計である。

【0047】

試験用ロール３０は、図７に示す加熱ヒータ３６によって後述のように加熱される。この加熱ヒータ３６及び上記モータ３５は、図６の制御盤４２によって制御される。

【0048】

この試験設備において、モータ３５によって、試験用ロール３０を、６４ｒｐｍで回転させ、冷却水ポンプ３４によって、冷却水を、２１．５ｍ³／ｈの流量で試験用ロール３０内に循環させ、加熱ヒータ３６によって試験用ロール３０の外面を加熱する。その後、平衡状態となったところで、冷却水の入口温度及び出口温度を、第１，第２温度計３１，３２でそれぞれ計測した。試験用ロール３０の表面温度は、第１〜第５表面温度計３７〜４１でそれぞれ計測し、それらの平均値とした。

【0049】

試験設備で得られた計測値に基づいて、熱流束(ヒートフラックス)及び沸騰伝熱係数を、下記の式（３）〜（７）を使用して求めた。

【0050】

Ｈ＝Ｖ×（Ｔ₂−Ｔ₁）×ρｗ×Ｃｐｗ ・・・・・・（３）
θｍ＝[（Ｔ₀−Ｔ₁）−（Ｔ₀−Ｔ₂）]／ｌｎ[（Ｔ₀−Ｔ₁）／（Ｔ₀−Ｔ₂）] ・・・・・・（４）
Ｕ＝Ｈ／（Ａｏ×θｍ） ・・・・・・（５）
ｑ＝Ｈ／Ａｏ ・・・・・・（６）
１／Ｕ＝Ａｏ／（Ａｉ×ｈ）＋Ｒｔ ・・・・・・（７）
上記式（３）〜（７）において、Ｔ₂は冷却水の出口温度［℃］、Ｔ₁は冷却水の入口温度［℃］、Ｔ₀はロール表面温度の平均値［℃］、Ｕは総括伝熱係数［ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃］、Ａｏはロール外面の伝熱面積［ｍ²］、Ａｉはロール内面の伝熱面積［ｍ²］、ｈは沸騰伝熱係数［ｋｃａｌ／ｍ²ｈ℃］、Ｒｔは沸騰を除いたロールの伝熱抵抗の合計であり、ｑ、Ｖ、ρｗ、Ｃｐｗは、上記図４における上記式（１）の説明と同様である。

【0051】

上記式（３）〜（５）にて、総括伝熱係数Ｕを算出し、上記式（７）で逆算することにより、沸騰伝熱係数ｈを算出した。式（７）で算出された沸騰伝熱係数ｈと、式（６）の熱流束ｑにて、図８、図９を作図した。

【0052】

図８は作動液がＲ−１２４の場合であり、図９は作動液がＲ−１３４ａの場合である。いずれも、実線は実施例を、破線は比較例をそれぞれ示している。

【0053】

図８及び図９に示すように、いずれの作動液についても、実施例の試験用ロールの沸騰伝熱係数が、比較例の試験用ロールの沸騰伝熱係数を上回っており、冷却効率が向上していることが分る。

【符号の説明】

【0054】

１ 冷却ロール
２ 円筒体
３ 支持軸
６ 入口室
７ 出口室
８ 冷却管
９ 金属皮膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】