本發(fā)明涉及冷卻輥及其制造方法，更詳細(xì)而言，涉及在合成樹脂等各種片材或各種薄膜的制造裝置或者層積這些各種片材或各種薄膜的層疊裝置等中使用的冷卻輥及其制造方法。

背景技術(shù)：

一般而言，在對紙張等基材粘貼合成樹脂薄膜的層疊制造裝置中，例如如圖10所示，使從供給輥21輸出的基材22通過按壓輥23與冷卻輥24之間而卷取到卷取輥25，另一方面在按壓輥23與冷卻輥24之間，使熔化樹脂從t形模具26流下而形成薄膜層28，并用冷卻輥24進(jìn)行冷卻的同時粘貼到基材22，從而制造層疊層積紙29。

作為上述冷卻輥24，例如專利文獻(xiàn)1中公開了如下結(jié)構(gòu)：在內(nèi)部配設(shè)有多個冷卻用傳熱管的圓筒體內(nèi)封入工作流體(熱運(yùn)送液)，并通過反復(fù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的所述圓筒體內(nèi)的工作流體的蒸發(fā)和凝縮而對所述圓筒體的表面進(jìn)行冷卻。

專利文獻(xiàn)1：特公平04-2720號公報

在上述專利文獻(xiàn)1的冷卻輥中，通過由輥的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使工作流體附著在圓筒體的內(nèi)周面上，并通過來自圓筒體的外周的薄膜層的熱而使工作流體蒸發(fā)，蒸發(fā)后的工作流體與圓筒體內(nèi)的多個冷卻用傳熱管接觸而凝縮液化，液化的工作流體因離心力而再次附著在圓筒體的內(nèi)周面上而蒸發(fā)，如此通過反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)和凝縮而對圓筒體的外周的薄膜層等的負(fù)載進(jìn)行冷卻。

在需要通過冷卻輥來冷卻的負(fù)載為例如如鋰電池用隔膜等厚度為0.5mm～2mm程度的較厚片材那樣的熱量大的高熱負(fù)載的情況下，與如層疊薄膜那樣厚度為幾十μm程度的厚度較薄的輕負(fù)載相比，有必要使冷卻輥低速旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行冷卻。

在冷卻輥中，如上述通過由輥的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使液化的工作流體附著在圓筒體的內(nèi)周面上，因此如果使冷卻輥低速旋轉(zhuǎn)則離心力不足，液化的工作流體不會附著在圓筒體的內(nèi)周面上，而是向下方落下，從而導(dǎo)致冷卻能力不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于通過增加能夠保持在構(gòu)成輥的圓筒體的內(nèi)周面上的工作流體的流量而提高冷卻能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的冷卻輥具備在內(nèi)部配設(shè)有供冷卻流體流通的多個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內(nèi)封入反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)和凝縮的工作流體，在所述圓筒體的內(nèi)周面上形成有金屬熔射皮膜，所述熔射皮膜的表面粗糙度ra為30μm以上，所述熔射皮膜的厚度為1mm以上。

優(yōu)選所述金屬熔射皮膜為al、al合金、sus鋅中的任一種的熔射皮膜。

根據(jù)本發(fā)明的冷卻輥，由于在圓筒體的內(nèi)周面上形成有表面粗糙度ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可通過旋轉(zhuǎn)的圓筒體的內(nèi)周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，由此可增加從圓筒體的內(nèi)周面蒸發(fā)的工作流體的蒸發(fā)量來提高冷卻能力。

本發(fā)明的冷卻輥的制造方法為具備在內(nèi)部配設(shè)有供冷卻流體流通的多個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內(nèi)封入反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)和凝縮的工作流體的冷卻輥的制造方法，在所述圓筒體的內(nèi)周面上通過熔射加工形成厚度為1mm以上且表面粗糙度為30μm以上的金屬皮膜。

根據(jù)本發(fā)明的冷卻輥的制造方法，由于在圓筒體的內(nèi)周面上形成有表面粗糙度ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可通過旋轉(zhuǎn)的圓筒體的內(nèi)周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，由此可增加從圓筒體的內(nèi)周面蒸發(fā)的工作流體的蒸發(fā)量來提高冷卻能力。

優(yōu)選所述熔射為線材熔射。

根據(jù)本發(fā)明，由于在圓筒體的內(nèi)周面上形成有表面粗糙度ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可通過旋轉(zhuǎn)的圓筒體的內(nèi)周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，從而能提高冷卻能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的冷卻輥的概要縱剖視圖。

圖2是圖1的沿a-a線的剖視圖。

圖3是圖2的局部放大剖視圖。

圖4是用于說明計算出輥的冷卻熱量、產(chǎn)品的進(jìn)給速度、保液量等的條件的概要結(jié)構(gòu)圖。

圖5是表示輥的冷卻熱量與保液量的關(guān)系的圖。

圖6是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液1的增加重量(保液量)的關(guān)系的圖。

圖7是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液2的增加重量(保液量)的關(guān)系的圖。

圖8是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液3的增加重量(保液量)的關(guān)系的圖。

圖9是熔射皮膜的剖面照片。

圖10是層疊層積紙的制造裝置的概要圖。

具體實(shí)施方式

下面，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的冷卻輥的概要縱剖視圖，圖2是圖1的沿a-a線的剖視圖，圖3是圖2的局部放大剖視圖。

參照這些圖，該實(shí)施方式的冷卻輥1為例如在上述圖10的層疊制造裝置或鋰電池用隔膜等的片材制造裝置等中使用的冷卻輥。該冷卻輥1具備板厚較薄的圓筒體2和支撐該圓筒體2的中空的支撐軸3。在圓筒體2的兩端部固定有密封圓筒體2的內(nèi)部的端板17、18，并且在圓筒體2的比端板17、18的更內(nèi)側(cè)固定有用于密封內(nèi)部的另外的面板4、5。

上述支撐軸3以氣密狀態(tài)貫通兩端版17、18及兩面板4、5的中心，并且該支撐軸3的兩端部3a、3b突出至圓筒體2的外側(cè)。

在圓筒體2的一端側(cè)通過內(nèi)側(cè)的面板4和外側(cè)的面板17限定有冷卻水的入口室6，從中空的支撐軸3的一端3a供給的冷卻水經(jīng)由沿支撐軸3的周向形成的多個孔如箭頭符號所示被導(dǎo)入到入口室6內(nèi)。

在圓筒體2的另一端側(cè)通過內(nèi)側(cè)的面板5和外側(cè)的端板18限定有冷卻水的出口室7，該出口室7與中空的支撐軸3的另一端3b連通，經(jīng)由沿支撐軸3的周向形成的多個孔如箭頭符號所示排出冷卻水。

在兩面板4、5之間沿圓周方向排列設(shè)置有多個冷卻管8，該冷卻管8沿圓筒體2的軸線方向(圖1的左右方向)延伸且與入口室6及出口室7分別連通。

如此，從支撐軸3的一端3a導(dǎo)入到入口室6內(nèi)的冷卻水被分配到各冷卻管8中，并且流過各冷卻管8內(nèi)的冷卻水從出口室7經(jīng)由支撐軸3的另一端3b排出。

由兩面板4、5限定的圓筒體2的內(nèi)部為減壓狀態(tài)，并且封入有如替代氟利昂、萘、喹啉等反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)和凝縮的工作流體。

在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)封入到旋轉(zhuǎn)的圓筒體2內(nèi)的工作流體因離心力而附著在圓筒體2的內(nèi)周面上時，由于來自與該圓筒體2的外周面接觸的高溫樹脂薄膜等被冷卻片材的熱而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的工作流體因與各冷卻管8接觸而被冷卻，從而凝縮并液化。該液化的工作流體再次因離心力而返回到圓筒體2的內(nèi)周面，由于來自被冷卻片材的熱而蒸發(fā)，如此反復(fù)進(jìn)行蒸發(fā)和凝縮，從而進(jìn)行被冷卻片材的冷卻。

由于在被冷卻片材為例如0.5mm～2mm程度的厚度較厚的片材那樣的高熱負(fù)載的情況下熱量較大，因此有必要使冷卻輥1低速旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行冷卻，例如使被冷卻片材的進(jìn)給速度為40m/min以下。

但是，由于在冷卻輥1中，如上述通過由輥的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使液化的工作流體附著在圓筒體2的內(nèi)周面上，因此當(dāng)使冷卻輥1低速旋轉(zhuǎn)時離心力不足，液化的工作流體不會附著在圓筒體2的內(nèi)周面上，而是向下方落下，從而導(dǎo)致冷卻能力不足。

在該實(shí)施方式中，為了即使冷卻輥1低速旋轉(zhuǎn)，也通過增加能夠保持在圓筒體2的內(nèi)周面上的液化的工作流體的量、即保液量來提高冷卻能力，構(gòu)成如下。

即，在圓筒體2的整個內(nèi)周面上通過熔射加工形成有金屬熔射皮膜9。

由于熔射皮膜為包含0.1mm以下的微細(xì)粒子的粉末的集合體，因此例如圖9的剖面照片所示，熔射皮膜的表面形狀具有通過單純的機(jī)械加工無法得到的微細(xì)的凹凸。因此，表面積大于相同粗糙度的機(jī)械加工面，為有利于液體保持的形狀。

此外，圖9是由al電弧線材熔射得到的膜厚3000μm的熔射皮膜的剖面照片，并且為后述的實(shí)施例7的試驗片的剖面照片。

為了通過圓筒體2的內(nèi)周面的熔射皮膜9來增加液化的工作流體的保液量而提高冷卻能力，在本發(fā)明中，熔射皮膜9的膜厚為1mm以上，其表面粗糙度ra為30μm以上。

為了在低速旋轉(zhuǎn)中確保所需的保液量，優(yōu)選熔射皮膜9的表面粗糙度ra為50μm以上。

熔射皮膜9的材料為能夠通過熔射加工形成的金屬或其合金即可，其種類并不特別限定，優(yōu)選用作熔射材料的、例如具有防銹能力的al、al合金、sus、鋅等，特別優(yōu)選導(dǎo)熱率高且易于向工作流體傳熱的al。

用于形成熔射皮膜9的熔射加工的方法并不特別限定，例如可列舉電弧線材熔射，該實(shí)施方式的熔射皮膜9為通過電弧線材熔射形成的al熔射皮膜。

由于熔射皮膜9為通過熔射加工形成的金屬皮膜，因此具有氣孔。

接著，對由冷卻輥產(chǎn)生的冷卻熱量和作為保持在冷卻輥的內(nèi)周面上的液化的工作流體的量的保液量之間的關(guān)系進(jìn)行說明

如圖4的概要圖所示，在使熔化樹脂從t形模具12流下到按壓輥10與冷卻輥11之間，并用冷卻輥11進(jìn)行冷卻而制造片材狀的產(chǎn)品13的結(jié)構(gòu)中，將冷卻輥11的輥徑設(shè)為700mm，其板厚設(shè)為30mm，有效面長為3000mm，熔化樹脂原料的溫度為160℃，產(chǎn)品厚度為0.6mm，產(chǎn)品寬度為2800mm，產(chǎn)品的進(jìn)給速度為40m/min，工作流體為作為替代氟利昂的r-134。

基于這種結(jié)構(gòu)的實(shí)驗裝置中的實(shí)驗數(shù)據(jù)等，對輥的冷卻熱量、保液量進(jìn)行計算。

即，由產(chǎn)品的進(jìn)給速度、產(chǎn)品寬度、產(chǎn)品厚度、熔化樹脂原料溫度、產(chǎn)品溫度計算出所要求的每單位面積的冷卻熱量，并由計算出的輥冷卻熱量求出每單位面積的工作流體的蒸發(fā)量，將其作為必要最低限度的保液量計算出。

其結(jié)果，如表1所示，當(dāng)將產(chǎn)品的進(jìn)給速度設(shè)為低速的40m/min時，用于得到應(yīng)對高熱負(fù)載優(yōu)選的冷卻輥的冷卻熱量27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)的保液量為0.20kg/m²。

[表1]

另外，在將進(jìn)給速度設(shè)為40m/min的情況下，分別計算出使冷卻輥的冷卻熱量變化時的保液量。將其結(jié)果示于表2及圖5中。

[表2]

如圖5所示，冷卻熱量與保液量之間成立大致的比例關(guān)系，可通過增加保液量來提高冷卻熱量。

如上述，當(dāng)將進(jìn)給速度假定為低速的40m/min，將用于應(yīng)對高熱負(fù)載的冷熱熱量假定為27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)時，作為工作流體的r-134a的保液量需為0.2kg/m²。

即，在進(jìn)給速度為低速的40m/min的情況下，r-134a的保液量為0.2kg/m²，以便得到作為用于冷卻高熱負(fù)載的優(yōu)選冷卻熱量的27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上的冷卻熱量。

此外，由于r-134a的液體密度為1.295g/cm³，因此在將r-134a的保液量0.2kg/m²換算為后述的水的情況下為0.154kg/m²。

接著，對熔射皮膜的表面粗糙度與保液量的關(guān)系進(jìn)行說明。

為了掌握熔射皮膜的表面粗糙度和厚度與保液量的關(guān)系，進(jìn)行如下試驗。

即，在將分別形成有厚度和表面粗糙度不同的熔射皮膜的多個各試驗片浸漬到自來水等試驗液中之后，分別測定從試驗液提升的各試驗片的重量的增加重量以作為熔射皮膜的保液量。

具體而言，作為試驗片的基材，使用尺寸為100mm×50mm×厚度6mm的矩形的ss400的平板。對各平板的正背兩面進(jìn)行熔射參數(shù)不同的線材熔射，分別以目標(biāo)膜厚形成表面粗糙度不同的al熔射皮膜而分別制作多個試驗片。用尼龍拋光輪去除附著在平板的側(cè)面的熔射皮膜。

所述熔射參數(shù)為空氣壓力、熔射輸出、線材供給速度、熔射角度、熔射距離等，通過調(diào)整這些熔射參數(shù)來分別形成表面粗糙ra不同的熔射皮膜。

利用東京精密制造的觸針式表面粗糙度計surfcom130a，按照jis1994，取樣值2.5mm×n5＝測定距離12.5mm來測定已作成的各試驗片的熔射皮膜的表面粗糙度ra。此外，僅將試樣no.9、10設(shè)為取樣值8.0mm×n3＝測定距離24mm。

另外，測定各試驗片的熔射皮膜的氣孔率(％)。

接著，用電子秤測定各試驗片的重量，并且將各試驗片浸漬到試驗液中60秒之后，提升各試驗片并經(jīng)過60秒后用電子秤再次測定重量，將浸漬前后的重量的增加重量作為保液量計算出。此外，當(dāng)從試驗液中提升試驗片時，對滯留在試驗片的下部的試驗液，通過使試驗片的一個角部向下方傾斜并施加振動，從而進(jìn)行脫液。

試驗液為自來水、加入10重量％的乙醇的自來水和加入20重量％的乙醇的自來水這三種。

將試驗結(jié)果示于表3。

[表3]

表3中示出各試樣編號的各試驗片的熔射皮膜的厚度(mm)、氣孔率(％)、表面粗糙度(μm)，并且示出浸漬到三種試驗液中后的增加重量(kg/m²)。此外，膜厚表示形成熔射皮膜時的膜厚的目標(biāo)值。另外，與上述表1的保液量同樣，增加重量為每1m²的增加重量kg，與保液量對應(yīng)。

如上述在本發(fā)明中，熔射皮膜的膜厚為1mm以上，其表面粗糙度ra為30μm以上。表3中分別示出膜厚為0.25mm的試樣編號1作為比較例，膜厚為1mm以上且表面粗糙度ra為30μm以上的試樣編號2～8為實(shí)施例1～7。

當(dāng)比較例與實(shí)施例1相比較時，表面粗糙度ra均為大致30μm，但與膜厚為0.25mm的比較例相比，在膜厚為1mm的實(shí)施例1中，各試驗液的增加重量即保液量大幅增加約1.5倍以上。因此，為了增加保液量來提高冷卻能力，有必要使熔射皮膜的膜厚為1mm以上。

實(shí)施例1～5的熔射皮膜的膜厚均為1mm，實(shí)施例6、7的膜厚為3mm。這些實(shí)施例1～7的表面粗糙度ra均為30μm以上。如表3的實(shí)施例1～5所示可知，即使熔射皮膜的膜厚相同，隨著表面粗糙度ra變大，任一試驗液的增加重量即保液量均增加。

如此，由于自來水(試驗液1)、加入10重量％的乙醇的自來水(試驗液2)及加入20重量％的乙醇的自來水(試驗液3)中的任一試驗液的保液量均增加，因此即使工作流體的性狀不同，也可通過加大熔射皮膜的表面粗糙度ra而增加工作流體的保液量。

當(dāng)熔射皮膜的表面粗糙度ra由實(shí)施例2的38.2μm變?yōu)閷?shí)施例3的49.8μm時，保液量大幅增加，特別是，在試驗液2及試驗液3中，保液量為大致兩倍。

由此可知，熔射皮膜的表面粗糙度ra為38.2μm以上，即優(yōu)選為40μm以上。

圖6表示試驗液為自來水(試驗液1)時的比較例及實(shí)施例1～7的表面粗糙度ra與浸漬前后的增加重量即保液量的關(guān)系。

如圖6所示可知，當(dāng)熔射皮膜的表面粗糙度ra為30μm以上時，表面粗糙度ra和保液量(增加重量)大致成比例，可通過加大表面粗糙度ra來增加保液量而提高冷卻能力。

另外，如上述，在將進(jìn)給速度設(shè)為40m/min的情況下，工作流體r-134a的保液量為0.2kg/m²以上，以便得到作為用于冷卻高熱負(fù)載的優(yōu)選冷卻熱量的27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上的冷卻熱量。

在將該保液量換算為水時，如上述為0.154kg/m²。

在3中，與該保液量0.154kg/m²大致相等的自來水的保液量(增加重量)為實(shí)施例3的0.151kg/m²，其表面粗糙度ra為49.8μm。

因此，在將進(jìn)給速度設(shè)為40m/min，用于冷卻高熱負(fù)載的優(yōu)選冷卻熱量為27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)以上時，優(yōu)選熔射皮膜的表面粗糙度ra為49.8μm以上，即50μm以上。

圖7及圖8分別表示試驗液為加入10重量％的乙醇的自來水(試驗液2)及加入20重量％的乙醇的自來水(試驗液3)的各情況下的、比較例及實(shí)施例1～7的表面粗糙度ra與浸漬前后的增加重量(保液量)的關(guān)系。

如圖7所示，在試驗液2中，熔射皮膜的表面粗糙度ra為30μm以上50μm以下，保液量的增加比例較大，此外如圖8所示，在試驗液3中，熔射皮膜的表面粗糙度ra為40μm以上50μm以下，保液量的增加比例較大。

由于試驗液2、3均在熔射皮膜的表面粗糙度ra為40μm以上時保液量的增加比例較大，因此可以使熔射皮膜的表面粗糙度ra為40μm以上。

如上述，由于可通過加大熔射皮膜的表面粗糙度ra來增加保液量而提高冷卻能力，因此熔射皮膜的表面粗糙度ra越大越優(yōu)選，并且由于隨著加大表面粗糙度ra而必要的膜厚也變厚，因此膜厚也優(yōu)選厚的膜厚。

但是，為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時間變長，從而成本提高，并且如果膜厚過厚則也具有剝離的危險。

因此，可以考慮成本和剝離等適當(dāng)選擇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。

工作流體不限于上述的r-134a(沸點(diǎn)：-26.15℃)，可使用其它工作流體，例如優(yōu)選作為其它替代氟利昂的r-123(沸點(diǎn)：27.62℃)、r-124(沸點(diǎn)：-12.4℃)、r-225cb(沸點(diǎn)：54℃)等，優(yōu)選沸點(diǎn)為60℃以下的工作流體。另外，由于若沸點(diǎn)過低則工作流體液化時輥內(nèi)為高壓，要求高耐壓性能，因此沸點(diǎn)的下限為-30℃以上即可。

在上述實(shí)施方式中，對輥的冷卻熱量為27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)的情況進(jìn)行了說明，但并不限于27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)，也可以大于或小于27.84kcal/m²(＝187083kcal/h)。

附圖標(biāo)記說明

1冷卻輥

2圓筒體

3支撐軸

6入口室

7出口室

8冷卻管

9熔射皮膜