冷却辊及其制造方法与流程

本发明涉及冷却辊及其制造方法，更详细而言，涉及在合成树脂等各种片材或各种薄膜的制造装置或者层积这些各种片材或各种薄膜的层叠装置等中使用的冷却辊及其制造方法。

背景技术：

一般而言，在对纸张等基材粘贴合成树脂薄膜的层叠制造装置中，例如如图10所示，使从供给辊21输出的基材22通过按压辊23与冷却辊24之间而卷取到卷取辊25，另一方面在按压辊23与冷却辊24之间，使熔化树脂从t形模具26流下而形成薄膜层28，并用冷却辊24进行冷却的同时粘贴到基材22，从而制造层叠层积纸29。

作为上述冷却辊24，例如专利文献1中公开了如下结构：在内部配设有多个冷却用传热管的圆筒体内封入工作流体(热运送液)，并通过反复进行旋转驱动的所述圆筒体内的工作流体的蒸发和凝缩而对所述圆筒体的表面进行冷却。

专利文献1：特公平04-2720号公报

在上述专利文献1的冷却辊中，通过由辊的旋转产生的离心力而使工作流体附着在圆筒体的内周面上，并通过来自圆筒体的外周的薄膜层的热而使工作流体蒸发，蒸发后的工作流体与圆筒体内的多个冷却用传热管接触而凝缩液化，液化的工作流体因离心力而再次附着在圆筒体的内周面上而蒸发，如此通过反复进行蒸发和凝缩而对圆筒体的外周的薄膜层等的负载进行冷却。

在需要通过冷却辊来冷却的负载为例如如锂电池用隔膜等厚度为0.5mm～2mm程度的较厚片材那样的热量大的高热负载的情况下，与如层叠薄膜那样厚度为几十μm程度的厚度较薄的轻负载相比，有必要使冷却辊低速旋转来进行冷却。

在冷却辊中，如上述通过由辊的旋转产生的离心力而使液化的工作流体附着在圆筒体的内周面上，因此如果使冷却辊低速旋转则离心力不足，液化的工作流体不会附着在圆筒体的内周面上，而是向下方落下，从而导致冷却能力不足。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于通过增加能够保持在构成辊的圆筒体的内周面上的工作流体的流量而提高冷却能力。

为了实现上述目的，本发明的冷却辊具备在内部配设有供冷却流体流通的多个冷却管的圆筒体，在该圆筒体内封入反复进行蒸发和凝缩的工作流体，在所述圆筒体的内周面上形成有金属熔射皮膜，所述熔射皮膜的表面粗糙度ra为30μm以上，所述熔射皮膜的厚度为1mm以上。

优选所述金属熔射皮膜为al、al合金、sus锌中的任一种的熔射皮膜。

根据本发明的冷却辊，由于在圆筒体的内周面上形成有表面粗糙度ra为30μm以上且厚度为1mm以上的金属熔射皮膜，因此可通过旋转的圆筒体的内周面的熔射皮膜而使保持工作流体的液量增加，由此可增加从圆筒体的内周面蒸发的工作流体的蒸发量来提高冷却能力。

本发明的冷却辊的制造方法为具备在内部配设有供冷却流体流通的多个冷却管的圆筒体，在该圆筒体内封入反复进行蒸发和凝缩的工作流体的冷却辊的制造方法，在所述圆筒体的内周面上通过熔射加工形成厚度为1mm以上且表面粗糙度为30μm以上的金属皮膜。

根据本发明的冷却辊的制造方法，由于在圆筒体的内周面上形成有表面粗糙度ra为30μm以上且厚度为1mm以上的金属熔射皮膜，因此可通过旋转的圆筒体的内周面的熔射皮膜而使保持工作流体的液量增加，由此可增加从圆筒体的内周面蒸发的工作流体的蒸发量来提高冷却能力。

优选所述熔射为线材熔射。

根据本发明，由于在圆筒体的内周面上形成有表面粗糙度ra为30μm以上且厚度为1mm以上的金属熔射皮膜，因此可通过旋转的圆筒体的内周面的熔射皮膜而使保持工作流体的液量增加，从而能提高冷却能力。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的冷却辊的概要纵剖视图。

图2是图1的沿a-a线的剖视图。

图3是图2的局部放大剖视图。

图4是用于说明计算出辊的冷却热量、产品的进给速度、保液量等的条件的概要结构图。

图5是表示辊的冷却热量与保液量的关系的图。

图6是表示熔射皮膜的表面粗糙度与试验液1的增加重量(保液量)的关系的图。

图7是表示熔射皮膜的表面粗糙度与试验液2的增加重量(保液量)的关系的图。

图8是表示熔射皮膜的表面粗糙度与试验液3的增加重量(保液量)的关系的图。

图9是熔射皮膜的剖面照片。

图10是层叠层积纸的制造装置的概要图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是本发明的一实施方式所涉及的冷却辊的概要纵剖视图，图2是图1的沿a-a线的剖视图，图3是图2的局部放大剖视图。

参照这些图，该实施方式的冷却辊1为例如在上述图10的层叠制造装置或锂电池用隔膜等的片材制造装置等中使用的冷却辊。该冷却辊1具备板厚较薄的圆筒体2和支撑该圆筒体2的中空的支撑轴3。在圆筒体2的两端部固定有密封圆筒体2的内部的端板17、18，并且在圆筒体2的比端板17、18的更内侧固定有用于密封内部的另外的面板4、5。

上述支撑轴3以气密状态贯通两端版17、18及两面板4、5的中心，并且该支撑轴3的两端部3a、3b突出至圆筒体2的外侧。

在圆筒体2的一端侧通过内侧的面板4和外侧的面板17限定有冷却水的入口室6，从中空的支撑轴3的一端3a供给的冷却水经由沿支撑轴3的周向形成的多个孔如箭头符号所示被导入到入口室6内。

在圆筒体2的另一端侧通过内侧的面板5和外侧的端板18限定有冷却水的出口室7，该出口室7与中空的支撑轴3的另一端3b连通，经由沿支撑轴3的周向形成的多个孔如箭头符号所示排出冷却水。

在两面板4、5之间沿圆周方向排列设置有多个冷却管8，该冷却管8沿圆筒体2的轴线方向(图1的左右方向)延伸且与入口室6及出口室7分别连通。

如此，从支撑轴3的一端3a导入到入口室6内的冷却水被分配到各冷却管8中，并且流过各冷却管8内的冷却水从出口室7经由支撑轴3的另一端3b排出。

由两面板4、5限定的圆筒体2的内部为减压状态，并且封入有如替代氟利昂、萘、喹啉等反复进行蒸发和凝缩的工作流体。

在这种结构中，当封入到旋转的圆筒体2内的工作流体因离心力而附着在圆筒体2的内周面上时，由于来自与该圆筒体2的外周面接触的高温树脂薄膜等被冷却片材的热而蒸发，蒸发后的工作流体因与各冷却管8接触而被冷却，从而凝缩并液化。该液化的工作流体再次因离心力而返回到圆筒体2的内周面，由于来自被冷却片材的热而蒸发，如此反复进行蒸发和凝缩，从而进行被冷却片材的冷却。

由于在被冷却片材为例如0.5mm～2mm程度的厚度较厚的片材那样的高热负载的情况下热量较大，因此有必要使冷却辊1低速旋转来进行冷却，例如使被冷却片材的进给速度为40m/min以下。

但是，由于在冷却辊1中，如上述通过由辊的旋转产生的离心力而使液化的工作流体附着在圆筒体2的内周面上，因此当使冷却辊1低速旋转时离心力不足，液化的工作流体不会附着在圆筒体2的内周面上，而是向下方落下，从而导致冷却能力不足。

在该实施方式中，为了即使冷却辊1低速旋转，也通过增加能够保持在圆筒体2的内周面上的液化的工作流体的量、即保液量来提高冷却能力，构成如下。

即，在圆筒体2的整个内周面上通过熔射加工形成有金属熔射皮膜9。

由于熔射皮膜为包含0.1mm以下的微细粒子的粉末的集合体，因此例如图9的剖面照片所示，熔射皮膜的表面形状具有通过单纯的机械加工无法得到的微细的凹凸。因此，表面积大于相同粗糙度的机械加工面，为有利于液体保持的形状。

此外，图9是由al电弧线材熔射得到的膜厚3000μm的熔射皮膜的剖面照片，并且为后述的实施例7的试验片的剖面照片。

为了通过圆筒体2的内周面的熔射皮膜9来增加液化的工作流体的保液量而提高冷却能力，在本发明中，熔射皮膜9的膜厚为1mm以上，其表面粗糙度ra为30μm以上。

为了在低速旋转中确保所需的保液量，优选熔射皮膜9的表面粗糙度ra为50μm以上。

熔射皮膜9的材料为能够通过熔射加工形成的金属或其合金即可，其种类并不特别限定，优选用作熔射材料的、例如具有防锈能力的al、al合金、sus、锌等，特别优选导热率高且易于向工作流体传热的al。

用于形成熔射皮膜9的熔射加工的方法并不特别限定，例如可列举电弧线材熔射，该实施方式的熔射皮膜9为通过电弧线材熔射形成的al熔射皮膜。

由于熔射皮膜9为通过熔射加工形成的金属皮膜，因此具有气孔。

接着，对由冷却辊产生的冷却热量和作为保持在冷却辊的内周面上的液化的工作流体的量的保液量之间的关系进行说明

如图4的概要图所示，在使熔化树脂从t形模具12流下到按压辊10与冷却辊11之间，并用冷却辊11进行冷却而制造片材状的产品13的结构中，将冷却辊11的辊径设为700mm，其板厚设为30mm，有效面长为3000mm，熔化树脂原料的温度为160℃，产品厚度为0.6mm，产品宽度为2800mm，产品的进给速度为40m/min，工作流体为作为替代氟利昂的r-134。

基于这种结构的实验装置中的实验数据等，对辊的冷却热量、保液量进行计算。

即，由产品的进给速度、产品宽度、产品厚度、熔化树脂原料温度、产品温度计算出所要求的每单位面积的冷却热量，并由计算出的辊冷却热量求出每单位面积的工作流体的蒸发量，将其作为必要最低限度的保液量计算出。

其结果，如表1所示，当将产品的进给速度设为低速的40m/min时，用于得到应对高热负载优选的冷却辊的冷却热量27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)的保液量为0.20kg/m²。

[表1]

另外，在将进给速度设为40m/min的情况下，分别计算出使冷却辊的冷却热量变化时的保液量。将其结果示于表2及图5中。

[表2]

如图5所示，冷却热量与保液量之间成立大致的比例关系，可通过增加保液量来提高冷却热量。

如上述，当将进给速度假定为低速的40m/min，将用于应对高热负载的冷热热量假定为27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)时，作为工作流体的r-134a的保液量需为0.2kg/m²。

即，在进给速度为低速的40m/min的情况下，r-134a的保液量为0.2kg/m²，以便得到作为用于冷却高热负载的优选冷却热量的27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上的冷却热量。

此外，由于r-134a的液体密度为1.295g/cm³，因此在将r-134a的保液量0.2kg/m²换算为后述的水的情况下为0.154kg/m²。

接着，对熔射皮膜的表面粗糙度与保液量的关系进行说明。

为了掌握熔射皮膜的表面粗糙度和厚度与保液量的关系，进行如下试验。

即，在将分别形成有厚度和表面粗糙度不同的熔射皮膜的多个各试验片浸渍到自来水等试验液中之后，分别测定从试验液提升的各试验片的重量的增加重量以作为熔射皮膜的保液量。

具体而言，作为试验片的基材，使用尺寸为100mm×50mm×厚度6mm的矩形的ss400的平板。对各平板的正背两面进行熔射参数不同的线材熔射，分别以目标膜厚形成表面粗糙度不同的al熔射皮膜而分别制作多个试验片。用尼龙抛光轮去除附着在平板的侧面的熔射皮膜。

所述熔射参数为空气压力、熔射输出、线材供给速度、熔射角度、熔射距离等，通过调整这些熔射参数来分别形成表面粗糙ra不同的熔射皮膜。

利用东京精密制造的触针式表面粗糙度计surfcom130a，按照jis1994，取样值2.5mm×n5＝测定距离12.5mm来测定已作成的各试验片的熔射皮膜的表面粗糙度ra。此外，仅将试样no.9、10设为取样值8.0mm×n3＝测定距离24mm。

另外，测定各试验片的熔射皮膜的气孔率(％)。

接着，用电子秤测定各试验片的重量，并且将各试验片浸渍到试验液中60秒之后，提升各试验片并经过60秒后用电子秤再次测定重量，将浸渍前后的重量的增加重量作为保液量计算出。此外，当从试验液中提升试验片时，对滞留在试验片的下部的试验液，通过使试验片的一个角部向下方倾斜并施加振动，从而进行脱液。

试验液为自来水、加入10重量％的乙醇的自来水和加入20重量％的乙醇的自来水这三种。

将试验结果示于表3。

[表3]

表3中示出各试样编号的各试验片的熔射皮膜的厚度(mm)、气孔率(％)、表面粗糙度(μm)，并且示出浸渍到三种试验液中后的增加重量(kg/m²)。此外，膜厚表示形成熔射皮膜时的膜厚的目标值。另外，与上述表1的保液量同样，增加重量为每1m²的增加重量kg，与保液量对应。

如上述在本发明中，熔射皮膜的膜厚为1mm以上，其表面粗糙度ra为30μm以上。表3中分别示出膜厚为0.25mm的试样编号1作为比较例，膜厚为1mm以上且表面粗糙度ra为30μm以上的试样编号2～8为实施例1～7。

当比较例与实施例1相比较时，表面粗糙度ra均为大致30μm，但与膜厚为0.25mm的比较例相比，在膜厚为1mm的实施例1中，各试验液的增加重量即保液量大幅增加约1.5倍以上。因此，为了增加保液量来提高冷却能力，有必要使熔射皮膜的膜厚为1mm以上。

实施例1～5的熔射皮膜的膜厚均为1mm，实施例6、7的膜厚为3mm。这些实施例1～7的表面粗糙度ra均为30μm以上。如表3的实施例1～5所示可知，即使熔射皮膜的膜厚相同，随着表面粗糙度ra变大，任一试验液的增加重量即保液量均增加。

如此，由于自来水(试验液1)、加入10重量％的乙醇的自来水(试验液2)及加入20重量％的乙醇的自来水(试验液3)中的任一试验液的保液量均增加，因此即使工作流体的性状不同，也可通过加大熔射皮膜的表面粗糙度ra而增加工作流体的保液量。

当熔射皮膜的表面粗糙度ra由实施例2的38.2μm变为实施例3的49.8μm时，保液量大幅增加，特别是，在试验液2及试验液3中，保液量为大致两倍。

由此可知，熔射皮膜的表面粗糙度ra为38.2μm以上，即优选为40μm以上。

图6表示试验液为自来水(试验液1)时的比较例及实施例1～7的表面粗糙度ra与浸渍前后的增加重量即保液量的关系。

如图6所示可知，当熔射皮膜的表面粗糙度ra为30μm以上时，表面粗糙度ra和保液量(增加重量)大致成比例，可通过加大表面粗糙度ra来增加保液量而提高冷却能力。

另外，如上述，在将进给速度设为40m/min的情况下，工作流体r-134a的保液量为0.2kg/m²以上，以便得到作为用于冷却高热负载的优选冷却热量的27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上的冷却热量。

在将该保液量换算为水时，如上述为0.154kg/m²。

在3中，与该保液量0.154kg/m²大致相等的自来水的保液量(增加重量)为实施例3的0.151kg/m²，其表面粗糙度ra为49.8μm。

因此，在将进给速度设为40m/min，用于冷却高热负载的优选冷却热量为27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上时，优选熔射皮膜的表面粗糙度ra为49.8μm以上，即50μm以上。

图7及图8分别表示试验液为加入10重量％的乙醇的自来水(试验液2)及加入20重量％的乙醇的自来水(试验液3)的各情况下的、比较例及实施例1～7的表面粗糙度ra与浸渍前后的增加重量(保液量)的关系。

如图7所示，在试验液2中，熔射皮膜的表面粗糙度ra为30μm以上50μm以下，保液量的增加比例较大，此外如图8所示，在试验液3中，熔射皮膜的表面粗糙度ra为40μm以上50μm以下，保液量的增加比例较大。

由于试验液2、3均在熔射皮膜的表面粗糙度ra为40μm以上时保液量的增加比例较大，因此可以使熔射皮膜的表面粗糙度ra为40μm以上。

如上述，由于可通过加大熔射皮膜的表面粗糙度ra来增加保液量而提高冷却能力，因此熔射皮膜的表面粗糙度ra越大越优选，并且由于随着加大表面粗糙度ra而必要的膜厚也变厚，因此膜厚也优选厚的膜厚。

但是，为了加大熔射皮膜的膜厚和表面粗糙度ra，熔射皮膜的形成所需要的加工时间变长，从而成本提高，并且如果膜厚过厚则也具有剥离的危险。

因此，可以考虑成本和剥离等适当选择熔射皮膜的膜厚和表面粗糙度ra的上限，熔射皮膜的膜厚可以是例如10mm以下，表面粗糙度ra可以是例如300μm以下。

工作流体不限于上述的r-134a(沸点：-26.15℃)，可使用其它工作流体，例如优选作为其它替代氟利昂的r-123(沸点：27.62℃)、r-124(沸点：-12.4℃)、r-225cb(沸点：54℃)等，优选沸点为60℃以下的工作流体。另外，由于若沸点过低则工作流体液化时辊内为高压，要求高耐压性能，因此沸点的下限为-30℃以上即可。

在上述实施方式中，对辊的冷却热量为27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)的情况进行了说明，但并不限于27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)，也可以大于或小于27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)。

附图标记说明

1冷却辊

2圆筒体

3支撑轴

6入口室

7出口室

8冷却管

9熔射皮膜