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特開2022-173303ロール

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022173303

(43)【公開日】2022-11-18

(54)【発明の名称】ロール

(51)【国際特許分類】

B32B 1/08 20060101AFI20221111BHJP

B05C 1/02 20060101ALI20221111BHJP

B05C 1/08 20060101ALI20221111BHJP

C23C 16/27 20060101ALI20221111BHJP

【ＦＩ】

B32B1/08 Z

B05C1/02 102

B05C1/08

C23C16/27

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147158

(22)【出願日】2022-09-15

(62)【分割の表示】P 2019125490の分割

【原出願日】2019-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】391052622

【氏名又は名称】株式会社都ローラー工業

(71)【出願人】

【識別番号】312008833

【氏名又は名称】町田成康

(74)【代理人】

【識別番号】100144749

【弁理士】

【氏名又は名称】小林正英

(74)【代理人】

【識別番号】100076369

【弁理士】

【氏名又は名称】小林正治

(72)【発明者】

【氏名】町田成司

(72)【発明者】

【氏名】町田成康

(57)【要約】

【課題】めっき層を備えた製品の輸入が禁止されている諸外国でも使用可能なめっきレスのＤＬＣ膜被覆カーボンロールを提供する。
【解決手段】本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、炭素繊維強化プラスチックを含む材料からなるロール母材１の外側にＤＬＣ膜５が設けられたものである。ロール母材１の外側に硬質管４を設け、その硬質管４の外側にＤＬＣ膜５を設けることもできる。ロール母材１の外側に、硬質管４に代えてハードコート層を設け、そのハードコート層の外側にＤＬＣ膜５を設けることもできる。いずれの場合もＤＬＣ膜５の膜厚は２μｍ以上とするのが好ましい。ロール母材１とＤＬＣ膜５の間、硬質管４とＤＬＣ膜５の間、又はハードコート層とＤＬＣ膜５の間にはミキシング層を設けることもできる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物への塗液の塗布に用いるＤＬＣ膜被覆カーボンロールにおいて、
炭素繊維強化プラスチックを含む材料からなるロール母材の外側にＤＬＣ膜が設けられた、
ことを特徴とするＤＬＣ膜被覆カーボンロール。

【請求項2】

対象物への塗液の塗布に用いるＤＬＣ膜被覆カーボンロールにおいて、
炭素繊維強化プラスチックを含む材料からなるロール母材の外側に当該ロール母材よりも硬度の高い硬質管が設けられ、
前記硬質管の外側にＤＬＣ膜が設けられた、
ことを特徴とするＤＬＣ膜被覆カーボンロール。

【請求項3】

対象物への塗液の塗布に用いるＤＬＣ膜被覆カーボンロールにおいて、
炭素繊維強化プラスチックを含む材料からなるロール母材の外側に当該ロール母材よりも硬度の高いハードコート層が設けられ、
前記ハードコート層の外側にＤＬＣ膜が設けられた、
ことを特徴とするＤＬＣ膜被覆カーボンロール。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＤＬＣ膜被覆カーボンロールにおいて、
ＤＬＣ膜の膜厚が２μｍ以上である、
ことを特徴とするＤＬＣ膜被覆カーボンロール。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＤＬＣ膜被覆カーボンロールにおいて、
ロール母材とＤＬＣ膜の間、硬質管とＤＬＣ膜の間、又はハードコート層とＤＬＣ膜の間にミキシング層が設けられた、
ことを特徴とするＤＬＣ膜被覆カーボンロール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維強化プラスチックロール（以下「ＣＦＲＰ」という）を含む材料からなるカーボンロール（塗布ロール）に関し、より詳しくは、カーボンロールの外周にＤＬＣ膜を備えたＤＬＣ膜被覆カーボンロールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、塗布ロールの一種として、ＣＦＲＰを含む材料からなるカーボンロール（特許文献１）が知られている。カーボンロールは、軽量、高強度、高剛性、高熱伝導率、低熱膨張等の特性を有し、様々な場面で利用されている。

【0003】

カーボンロールの外周には、高硬度、低摩擦係数、耐摩耗性、電気絶縁性、耐薬品性といった特性を有するＤＬＣ膜が設けられることがある。カーボンロールの外周にＤＬＣ膜を設ける場合、カーボンロールをロール母材とし、そのロール母材の外周にクロム（ＨＣｒ）めっきやニッケル（Ｎｉ）めっき等のめっき層を形成し、そのめっき層の外側にＤＬＣ膜が形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１８９６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年、ヨーロッパをはじめとする諸外国では、環境対策の一環としてＨＣｒめっきやＮｉめっき等のめっき層を備えた製品の輸入が禁止される場合がある。このため、ヨーロッパ諸国へも輸出することができる、めっき層のない（めっきレスの）ＤＬＣ膜被覆カーボンロールの提案が望まれている。

【0006】

本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、めっきレスのＤＬＣ膜被覆カーボンロールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、炭素繊維強化プラスチックを含む材料からなるロール母材の外側にＤＬＣ膜が設けられたものである。ロール母材の外側に硬質管を設け、その硬質管の外側にＤＬＣ膜を設けることもできる。ロール母材の外側に、硬質管に代えてハードコート層を設け、そのハードコート層の外側にＤＬＣ膜を設けることもできる。いずれの場合もＤＬＣ膜の膜厚は２μｍ以上とするのが好ましい。ロール母材とＤＬＣ膜の間、硬質管とＤＬＣ膜の間、又はハードコート層とＤＬＣ膜の間にはミキシング層を設けることもできる。

【発明の効果】

【0008】

本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、めっき層を備えていないため、環境への影響が小さく、めっき層を備えた製品の使用が禁止されているヨーロッパ等でも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）は本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールの一例を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ部拡大図。

【図2】ＤＬＣ膜被覆カーボンロールの製造工程の一例を示すフローチャート。

【図3】ＤＬＣ膜の形成に用いる装置の一例を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施形態）
本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールの実施形態の一例を、図面を参照して説明する。ここでは、ＤＬＣ膜被覆カーボンロールがグラビアロールの場合を一例として説明する。

【0011】

一例として図１（ａ）（ｂ）に示すＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、ロール母材１の外側に硬質管４が設けられ、その硬質管４の外側にＤＬＣ膜５が設けられている。この実施形態のロール母材１は、炭素繊維と熱硬化性樹脂（バインダー）が混練された材料をロール状に巻きつけて硬化させたカーボンロールである。ロール母材１は押出し成型（射出成型）によって成型することもできる。

【0012】

図１（ａ）（ｂ）に示すように、この実施形態のロール母材１はパイプ状であり、ベアリング２を介して軸材３の外側に装備して使用される。ロール母材１は無垢材であってもよい。ロール母材１の外径や内径、長さ等は用途に応じて適宜設計することができる。

【0013】

ロール母材１の外側には、ロール母材１よりも硬度の高い硬質管４が設けられている。硬質管４には、例えば、ＳＵＳ製やアルミニウム製のスリーブを用いることができる。

【0014】

この実施形態では、ロール母材１と硬質管４を図示しない接着剤で接着して両者の密着度を高めている。硬質管４は焼嵌めによってロール母材１の外側に装着することもできる。具体的には、ロール母材１の外側に熱膨張させた硬質管４を被せたのち、その硬質管４を冷却して収縮させることで、硬質管４をロール母材１に密着させることができる。

【0015】

図示は省略しているが、硬質管４の表面にはセルや彫刻などの凹凸を形成することもできる。硬質管４の表面に凹凸を設けることで、グラビアロールとして用いることができる。

【0016】

硬質管４の外周にはＤＬＣ膜５が設けられている。この実施形態のＤＬＣ膜５は、厚さ０．５～５０μｍ程度、硬さ８００～６０００ＨＶ程度としてある。ＤＬＣ膜５は膜厚２μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは６μｍ以上とする。

【0017】

ＤＬＣ膜５の形成には、ソースガスにＣＨ_４（メタン）やＣ_７Ｈ_８（トルエン）、Ｃ_２Ｈ_２（アセチレン）、Ｃ_６Ｈ_６（ベンゼン）などの炭化水素系のガスを用いることができる。ＤＬＣ膜５の構造に特に指定はないが、内部応力の緩和にＳｉ（ケイ素）やＯ_２（酸素）、Ｂ（ホウ素）、Ｎ_２（窒素）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ(チタン)などの第三元素を含有してもよい。

【0018】

この実施形態のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、硬質管４の表面に直接ＤＬＣ膜５を形成するものであるが、両者の密着性を向上させるため、硬質管４とＤＬＣ膜５の間にＨＣｒめっき層とは異なる中間層（以下「ミキシング層」という）を設けることもできる。

【0019】

ミキシング層は、ＳｉやＣｒ、Ｔｉを主とするもの、窒素と化合物化したもの、又は、Ｃ（炭素）やＨ（水素）を一緒に含有したもの等とすることができる。ミキシング層は必要に応じて設ければよく、不要な場合は省略することができる。

【0020】

次に、前記ＤＬＣ膜被覆カーボンロールの製造方法の一例について説明する。

【0021】

図２に示すように、前記ＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、例えば、母材製作工程Ｓ１、硬質管装着工程Ｓ２、クリーニング工程Ｓ３、ミキシング層形成工程Ｓ４及び成膜工程Ｓ５を経て製造することができる。クリーニング工程Ｓ３及びミキシング層形成工程Ｓ４は必要な場合のみ実施すればよく、不要な場合には省略することができる。

【0022】

前記各工程のうち、クリーニング工程Ｓ３、ミキシング層形成工程Ｓ４及び成膜工程Ｓ５は、図３に示す装置を用いて実施することができる。図３において、７は真空チャンバー、８はＲＦ高周波電源、９はＲＦ電極、１０は高電圧パルス電源、１１はガス注入口である。

【0023】

前記装置では、ＲＦ高周波電源８に代えてＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）電源を用いることもできる。ＩＣＰ電源を用いることでＲＦ高周波電源８よりもプラズマ密度が高くなり、ＲＦ高周波電源８を用いる場合よりも短時間でＤＬＣ膜５を厚くすることができる。

【0024】

前記母材製作工程Ｓ１では、ＣＦＲＰと熱硬化性樹脂が混練された材料をロール状に巻きつけて硬化させ、ロール母材１を製作する。ロール母材１は、押出し成型（射出成型）によって製作することもできる。

【0025】

前記硬質管装着工程Ｓ２では、製作したロール母材１の外周に硬質管４を被せる。具体的には、ロール母材１の外径よりも内径が小さな硬質管４を加熱して膨張させ、ロール母材１の外側に被せる。その後、被せた硬質管４を自然冷却或いは強制冷却させることによってロール母材１の外周に密着させる。ロール母材１と硬質管４の間には接着剤（図示しない）を介在させることもできる。

【0026】

なお、硬質管４の表面に凹凸を設ける場合、凹凸は硬質管４をロール母材１の外周に被せる前に形成することも、硬質管４をロール母材１の外周に被せたあとに形成することもできる。

【0027】

前記クリーニング工程Ｓ３では、硬質管４を被せたロール母材１を真空チャンバー７のＲＦ電極９内にセットし、真空チャンバー７内を真空状態にする。この状態で、硬質管４の表面の洗浄及び付着力向上を目的として、硬質管４の表面をアルゴン、水素イオンによりエッチング処理してクリーニングする。エッチング処理は従来と同様の方法で行うことができる。クリーニングは、例えば次の条件で行うことができる。
使用ガス：Ａｒ、Ｈ_２
負パルス電圧：－１～－１５ｋＶ
ＲＦ出力：５０～１５００Ｗ

【0028】

前記ミキシング層形成工程Ｓ４では、ロール母材１の外側に被せた硬質管４の表面にＨＣｒめっきを目的としないミキシング層（図示しない）を形成する。具体的には、硬質管４を被せたロール母材１を真空チャンバー７のＲＦ電極９内にセットし、真空チャンバー７内を真空状態にする。ガス注入口１１から原料ガス（例えば、Ｃ、Ｓｉ）を真空チャンバー７内に注入し、Ｃラジカルを生成して硬質管４の表面にミキシング層を形成してＤＬＣの付着力（密着性）を高める。

【0029】

なお、原料ガスとしてＳｉイオンを注入すると、Ｓｉがプライマーの役割を担うことができる。また、原料ガスとして、Ｎ_２、Ａｒ（アルゴン）、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＦ_４（四フッ化炭素）、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガスを注入することもできる。ミキシング層の形成は、例えば次の条件で行うことができる。
使用ガス：ＨＭＤＳＯやＨＭＤＳやＴＭＳ（Ｓｉ系ガス）、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２
負パルス電圧：－１～－１５ｋＶ
ＲＦ出力：５０～１５００Ｗ

【0030】

前記成膜工程Ｓ５では、ロール母材１の外側の硬質管４の表面（ミキシング層を形成した場合はその表面。以下同じ。）にＤＬＣ膜５を形成する。具体的には、硬質管４を被せたロール母材１がセットされた真空チャンバー７内を常温（望ましくは２０℃～５０℃程度）且つ真空状態にする。

【0031】

この状態で、ＲＦ高周波電源８により高周波電圧を印加して、硬質管４の周辺（具体的には、真空チャンバー７内のＲＦ電極９の周辺）にプラズマを発生させ、高電圧パルス電源１０によりロール母材１に負の高電圧パルスを印加する。

【0032】

その後、ガス注入口１１から原料ガス（例えば、Ｃ、Ｏ_２）を真空チャンバー７内に注入して、その原料ガスを真空チャンバー７内で反応させ、硬質管４の表面にＤＬＣを堆積させることによって、硬質管４の表面にＤＬＣ膜５を形成する。

【0033】

ＤＬＣ膜５は膜厚１μｍ以上、好ましくは６μｍ以上とする。この製造方法では、ＤＬＣ膜５を常温環境下で成膜するため、硬質管４が熱膨張しにくく、長時間かけて成膜してもロール母材１や硬質管４が変形しにくい。このため、長時間かけることで膜厚６μｍ以上のＤＬＣ膜５を成膜することができる。

【0034】

一般に、ＤＬＣ膜５は高温下で形成されることがあるが、この場合、冷却後のロール母材１の収縮によってＤＬＣ膜５がロールの軸方向中心側に寄せられて、軸方向両外側に比べて中心に近い部分が膜厚となる（膜厚が不均一である）。

【0035】

これに対し、この成膜方法のようにＤＬＣ膜５を常温下で形成する場合、ロール母材１及び硬質管４が熱膨張しにくく、冷却時の収縮量が小さいため、ロール全体に略均一の膜厚のＤＬＣ膜５を得ることができる。なお、ＤＬＣ膜５の膜厚は、例えば、成膜時間（高周波電源の印加時間）を長くすることで厚くすることができ、短くすることで薄くすることができる。

【0036】

ＤＬＣ膜５については特に指定はなく、構成される主元素である炭素や水素の他にケイ素や窒素などの第三元素を有してもよい。また、ＤＬＣ膜５は酸素を含む親水性ＤＬＣ膜であってもよい。ＤＬＣ膜５の形成は、例えば次の条件で行うことができる。
使用ガス：ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２
負パルス電圧：－１～－１５ｋＶ
ＲＦ出力：５０～１５００Ｗ

【0037】

ＤＬＣ膜５は２回以上に分けて形成することもできる。この場合、前記条件で１回目の成膜を行った後、例えば、次の条件で２回目の成膜を行うことができる。
使用ガス：Ｃ_７Ｈ_８、Ｃ_２Ｈ_２
負パルス電圧：－１～－１５ｋＶ
ＲＦ出力：５０～１５００Ｗ

【0038】

なお、ＤＬＣ膜５の形成後、特に研磨などの工程を行わずに製品となる。

【0039】

本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、ＤＬＣ膜５の形成後でも硬質管４の表面の凹凸形状は成膜前とほとんど変化せず、面積比にして１０％以下である。

【0040】

なお、図２に示す製造工程は一例であり、本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールはこれ以外の方法で製造することもできる。例えば、硬質管４の外側にめっき層を設けない場合には、図２に示す製造工程のうち、ミキシング層形成工程Ｓ４は省略することができる。

【0041】

また、ロール母材１として市販されている既製品を用いる場合、母材製作工程Ｓ１は省略することができる。

【0042】

（その他の実施形態）
前記実施形態では、ロール母材１の外側に硬質管４を被せ、その硬質管４の外側にＤＬＣ膜５を設ける場合を一例としているが、ロール母材１の外側には硬質管４に代えて、無機系コート剤を含むハードコート層（図示しない）を設け、そのハードコート層の外側にＤＬＣ膜５を設けることもできる。ハードコート層はロール母材１よりも硬度の高い層とする。

【0043】

ハードコート層は従来の各種方法で形成することができる。ハードコート層の厚さは特に限定されないが、一例として、０．１～１．０ｍｍ程度とすることができる。

【0044】

また、本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールでは、ロール母材１の外側に硬質管４やハードコート層を設けずに、ロール母材１の外側に直接ＤＬＣ膜５を設けることもできる。この場合も、ＤＬＣ膜５は膜厚２μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは６μｍ以上とすることができる。ただし、一定の強度を確保するためには、膜厚６μｍ以上とするのが好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明のＤＬＣ膜被覆カーボンロールは、フィルムやガラス板等の機能性素材に塗液を塗布する各種塗布ロールとしても用いることができる。

【符号の説明】

【0046】

１ロール母材（カーボンロール）
２ベアリング
３軸材
４硬質管
５ＤＬＣ膜
７真空チャンバー
８ＲＦ高周波電源
９ＲＦ電極
１０高電圧パルス電源
１１ガス注入口

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2022-10-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】