チャックロール
【課題】使用中に温度変化がある場合でも、チャックロールの各部材の間で破壊や剥離、ひずみなどが生じずに、良好な状態で吸着、搬送ができる。ウェブを面粗度やゆがみの面で極めて良好に維持したまま吸着、搬送ができる。製造費用が低く抑えられる。
【解決手段】チャックロールの中心軸と、表面でチャックする多孔質セラミックス部分とを、ロールの長方向に対してそれぞれ独立して設ける構造とする。これにより、使用温度が常温と離れている場合でも、チャックロールが剥離、破壊などせずに、良好に吸着搬送できる。
【解決手段】チャックロールの中心軸と、表面でチャックする多孔質セラミックス部分とを、ロールの長方向に対してそれぞれ独立して設ける構造とする。これにより、使用温度が常温と離れている場合でも、チャックロールが剥離、破壊などせずに、良好に吸着搬送できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機物や金属からなる数μｍ〜1ｍｍ程度の連続した帯状の薄板（以下単に「ウェブ」と表す）を吸着、搬送する円筒状のチャックロールについての発明であり、特に高温（上限が５０℃〜３００℃程度）での使用に耐えうるものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェブを吸着して搬送するための吸着ロールは、従来吸着用スルーホールを金属ロールの表面に多数設け、ロール内部とつながった外部気体制御装置との働きでウェブを吸着、搬送する「スルーホールタイプ」のものが主流であった。
【０００３】
このスルーホールタイプには弱点があり、スルーホールの部分だけで吸着するために、スルーホールにあたらない部分は吸着しないために、ウェブのスルーホールの輪郭周辺に傷が入ったり、ウェブにゆがみができたりする。この問題は、スルーホールの数を多く、径を小さくすることで多少改善されるが、完全でなく、またその際のロールの価格は非常に高価なものとなる。
そのために、セラミックスやプラスチック、金属などからなる多孔質体をロールの表層に設け、筒内部より気体を吸引することにより、多孔体全面にてウェブを吸着することが提案されている。そのために表面精度を高めることにより、前記問題のひとつであるウェブの傷やゆがみはある程度抑えることができる。
高温で使用する場合は、チャックロールを形成する部材ごとの熱膨張により、部材同士の剥離や破壊を起こさないことが求められている。
【特許文献１】特開２００２−２５５４２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２９３６号公報
【特許文献３】特願２００８−１３７８０４号公報
【０００４】
引用文献１に記載の技術は、最表層に多孔性の通気孔（４）を設け、その内部により目が大きなスルーホール（１１）を設けることにより均一な吸着を行なうことが書かれているが、その通気孔の大きさは２０〜１２５メッシュのものが挙げられており、ウェブが薄く変形しやすい場合は、やはりこのメッシュ形状の転写が問題となる場合がある。また、熱については、その製造過程において熱膨張を利用してロール部材を一体化することについては述べられているが、使用の際の温度変化に関しては考慮されてなく、常温から温度が上がるような環境で使用するには適当かどうかの示唆はなく、温度を上げて焼きばめを行うことを考えれば、温度の変化により使用できないことが当然あると考えられる。
【０００５】
引用文献２に記載の技術は、外周面が多孔質からなるサクションロールで、ウェブと接さない部分を遮蔽したものである。遮蔽することにより、ワークと接していない部分からのリークをなくし、吸着力を増すように設計されている。このサクションロールは吸引力については問題なく、円筒状多孔体２０について材質は明記されていないが、表面に多孔質焼結プラスチックシートを貼ることが発明の一部として記載されている。前記プラスチックシートの詳細は不明だが、一定の面粗さや面形状を保つという意味では、十分とは言えない。また、使用中に温度が変わるような条件では、部材ごとの熱膨張が異なるために、部材間で破壊や剥離、変形がおき、常温と同様に使用することは困難である。
【０００６】
引用文献3に記載の技術は、円筒状多孔体２６の両端面側に外部との通気孔（開口部３１）を有する側版４０、４１を備えており、円筒状多孔体２６から支持体２２を通り、開口部から外部に気体の出入りができるようなサクションロールの構造である。また、これに付随して円筒状多孔体２６に付着した塵埃や薬剤も目詰まり防止のために外部へ放出する機構を備えている。この技術も、やはり使用中の温度変化に関する記載がなく、構造をみてもやはり考慮されていない。このサクションロールを、もし温度変化が大きな用途で使用すると、支持フレームとサクションロール本体、円筒状多孔体と側板や歯車状支持体などの間で熱膨張に起因する破壊や剥離、変形がおき、常温と同様に使用することは困難となる。
【０００７】
以上に示す従来の技術では、温度変化が起こる環境下での使用は、その温度が常温から離れるほどに使用が難しくなり、破壊、剥離、ウェブ品質の低下が起こる。温度が常温から離れる用途としては、ウェブに塗布した薬剤の乾燥、定着、固化、熱処理などが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、以下に示す特徴を持つチャックロールを得ることである。
（い）使用中に温度変化がある場合でも、チャックロールの各部材の間で破壊や剥離、ひずみなどが生じずに、良好な状態で吸着、搬送ができるチャックロール。
（ろ）ウェブを面粗度やゆがみの面で極めて良好に維持したまま吸着、搬送ができるチャックロール
（は）製造費用が低く抑えられたチャックロール。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、ロールの外周部で薄板状のウェブを吸着・搬送するチャックロールであり、ロールの中心部から表層に向かって、少なくとも下記の（１）から（３）の部材を有し、ロール端面には下記（４）（５）を有し、下記（１）（４）（５）の少なくとも１つの部材には、下記（２）を経由して下記（３）へ円筒内部から連通し、チャックロール内の圧力を外部気体制御装置にて制御するための通気道を有するチャックロールである。
【００１０】
なお以下に説明する、本発明のチャックロールを構成する主要な部材である（１）〜（５）については、明細書中では、一部を除きそのまま（１）〜（５）と表現する。
【００１１】
（１）中心軸は、図２にその模式図を示すように、外部動力からチャックロールを回転させる駆動力をチャックロール全体に伝える円柱状の中心軸であり、下記（４）との接合のための部分を有する中心軸である。具体的にはモーターや原動機で駆動する動力により（１）を回転させる。回転の中心となるので、その長さが長くなるほどたわみなどの変形が少ない、工具鋼などのヤング率２００ＧＰａ以上の材料を使用することが望ましい。さらにたわみを少なくしたい場合には、ヤング率が３５０ＧＰａ以上のセラミックスがよい。また、真円度は５μｍ以内が望ましい。また、端面から内部にかけて、外部の気体流制御装置で（２）を経由して（３）に伝達する通気道を設けることも可能である。
【００１２】
（２）中間多孔体は内径側が前記（１）の外径に合わせて設けた複数のリングを、リングの厚さ方向に重ね、接合してなる連続した開気孔を有する多孔質体からなる中間多孔体であり、下記（４）に接合固定され、かつ前記（１）とは接合されておらず、前記（１）と同軸の円筒形状中間多孔体である。この概念図を図３に示す。１０は接着されたリングであり、接着前のリング形状は１１に示す。接着部は１２の部分である。リング同士の接着については、リングの厚さ方向の気体の流動を円滑にするために、端面の全面ではなく、一部に接着剤を塗らなくすることがより望ましい。
リングは、多孔質体からなり、金属、セラミックス、超硬合金、硬質な有機物などを用いることができる。選択の際には、チャックロールの最大使用温度でも形状を保ち、化学反応を起こさないことが条件となる。
外部の気体制御装置で制御された気体の加減圧は、この多孔質体を通って（３）表層部に伝達される。そのために、気孔率や平均気孔径は気体の動きを妨げにくいように、比較的大きなほうが良い。例として気孔率４０％、平均気孔径５０μｍ程度であれば十分である。ただし、気孔率や平均気孔径をあまりにも上げすぎると脆くなり、外力により変形や破壊しやすくなるために気孔率は８０％を超えない程度までが適している。
また、この中間多孔体は中心軸（１）の外径部分とは接合しておらず可動な程度に接しており、（４）および（５）にて支持されている。そのために、（１）と熱膨張などにより常温の位置から相対的に（１）と（２）がロール長方向に動く場合でも、長さ方向には（１）と独立しているために、両者を接合した場合に予想される剥離や破壊の恐れがない。
リングは複数用いる。複数用いることの利点は、その製造のしやすさおよび製造費の低さである。セラミックスを例に挙げれば、長い円筒状の物体を製作するには、原料粉末を冷間静水圧プレスやラバープレスなどで円筒状のグリーン体を得て、それに中間加工を行ない、脱脂、焼成の後に長さ、内径、外径の加工を行なうことが必要になる。求める焼結体が大きいために、プレス割れ、中間加工時の割れ、取り扱い上の割れや欠け、脱脂割れ、焼結割れなどの起こる率が高くなる。また、脱脂や焼結の際は昇温速度や保持速度を遅くしたり長くしたりする必要が生じるために、焼結に必要な時間も電気も多く費やすことになる。これに対して複数のリング形状であれば、プレスはリング用の金型プレスで精度よく行え、中間加工も外形、内径を旋盤にて簡単に行なえる。脱脂や焼結は特に長い時間をかけることも不要であり、焼結体が小さいために割れも極めて少ない。焼結後には平面研削盤や両面研削盤を用いて厚さを決め、接着一体化後に内径、外形を整えればよい。
この両者では、得られるものの使用については全く同様に行なえるが、それにかかる費用や時間や難易度、プレス装置、加工装置などは複数のリングを用いるほうがきわめて有利である。
リングは同じ厚さのものを複数重ねてもよいし、図３に示すように、複数の厚さの種類があってもよい。
【００１３】
（３）表層部はチャックロールの周方向の表層部であり、前記（２）の外周に接着され、外周面でウェブを吸着、保持するものであり、前記（２）よりも気孔率、平均気孔径ともに小さく、連続した開気孔を有するセラミックスの多孔体からなる表層部である。接着は接合面の全面に対して吸着が十分できる面積を残して行なう。接着のパターンは径や長さ方向に平行的に接着する部分としない部分を設けたり、格子状としたり、ミアンダ状としたりと、吸着力が確保でき、かつ接着が外れない程度であればよい。セラミックスは酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、窒化珪素、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステンなどの比較的入手しやすく、製造技術が確立されている種類を主とするのがよい。また、使用雰囲気中で腐食などの心配のないものを選ぶことができる。例えば大気雰囲気中、３００℃程度で用いる場合には、炭化物や窒化物セラミックスは表面酸化の危険性があるため、酸化物セラミックスを用いることが適している。
【００１４】
また、表面の面粗さはウェブの品質を考えると低いほうがよいが、面粗さを低くするために平均気孔径を小さくすれば吸着力が下がる。吸着力が十分とすれば、ウェブに表層部形状が転写されにくい０．２〜２μｍの平均気孔径が望ましい。通常、多孔質体の表面全体に被吸着物がないと他の部分からのリークにより、吸着できないが、平均気孔径が前記範囲であれば、多孔質体の表面全体に被吸着物がなくても吸着が可能な「部分吸着」を行なうことができる。これは、他の部分からのリークが気体制御装置の能力よりもはるかに小さいためである。本発明では基本的にこの範囲の表層部を用いているために、（３）の外周面で、ウェブを吸着していない部分からのリークについては特に考慮していない。
（２）よりも気孔率、気孔径ともに小さくする理由は、流動する気体の最も作用する点をウェブと表層部との間にするためである。もし逆に、（２）よりも気孔径が大きければ、気体移動の律束点は（２）と（３）の間ということになるために、チャック表面の吸着が制御できなくなる。
【００１５】
（４）端面部材１は前記（１）と接合されており、同時に前記（２）および（３）の部材の片方の端面に設けた、リング形状の緻密体であり、チャックロール片端面を密封する端面部材である。模式図を図５に示す。図５の左図はロールの端部より見た図、右側はロールの中心方向より見た図である。（２）（３）の多孔質体は、円筒の端面方向への気体のリークがあるために、端面にはそれをシールする部材が必要となる。シールできれば材質は特に問わず、金属製、セラミック製または有機物系であっても適当にシールできればかまわない。この部材の作用により、外部の気体制御装置によって、（３）表層部の吸着や開放を追従させることができる。また、この端面部材１は（１）と接合している。同図には、両者をボルト締めするためにあけた止まり穴３２を有する場合のものを示した。この接合により、（１）を回転させることにより、チャックロール全体を同時に回転させることができる。
さらに、外部の気体制御装置によって（２）を通して（３）とウェブ間の気体の制御を行なう場合には、この部材に貫通した通気道３１を設ける。
【００１６】
（５）端面部材２は前記（４）に記載の端面と対向する側の端面部材であり、リング形状の緻密体であり、前記（２）および（３）と接合することによりチャックロール端面を密封し、熱膨張により前記（１）と前記（２）の長さが相対的に変わる場合には、（２）に追随してチャックロールの長さ方向にのみ（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造を持つ端面部材である。その構造の一例を図６に示す。この図では、（２）と（５）とをボルト締めを行なうための貫通穴４１を設けた例である。
チャックロールの常温の用途のみだと、あまり問題になることはないが、常温より高い温度での取り扱いの場合は、温度による熱膨張係数についても考慮が必要である。温度が上がる用途は具体的にウェブに塗布された塗布剤の乾燥、定着、固化などが当てはまり、その温度は高いものでは３００℃となる場合もある。チャックロール部材をすべて同じ材質で製作すればこの温度変化は問題とならないが、セラミックや鉄材、ステンレス鋼、有機物など複数に及ぶ場合には、ロールの長さ方向に熱膨張による部材間の熱膨張差が問題となる。なお、径方向はサイズが限られているために、よほど大きな径にならない限り問題になることは少ない。
例として、表層部が熱膨張係数４×１０−６（K−1）の炭化珪素系セラミックスであり、中心軸が同１３×１０−６（K−1）ステンレス鋼であり、長さが２０００ｍｍで、２００℃まで温度の上がるチャックロールを考える。両者の熱膨張係数の差は９×１０−６（K−1）であり、温度変化は常温（２５℃）より１７５（K）である。この場合熱膨張による伸びの差は３．１５ｍｍとなり、これは（１）と（２）両者をロールの長さ方向にも強固に接合している場合には剥離や破壊が確実に起こる値である。本発明のチャックロールは、（５）を１端面に用いることにより、特に中心軸（１）と多孔質中間体（２）の相対的な長さが変化した場合でも、お互い拘束していないために剥離や破壊は起こらない。
【００１７】
以上に述べた（１）〜（５）に示す部材によりチャックロールを製作することにより、チャック面での吸着が均一で、使用時の温度変化がある場合でも問題なく使用でき、しかも費用が少なく製造できるチャックロールを得ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の本発明は、前記（５）に記載の、（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造が、（５）よりもチャックロール端部に近い部分に設けられた弾性体の伸縮によって移動可能な構造である、請求項１に記載のチャックロールである。この模式図を図１に示す。前述のように、（１）および（２）は互い可動な程度に嵌合されてはいるが、接合はされていないために、（１）から（２）を見ると長さ方向への拘束はない。しかしながら、（１）の外径と（２）の内径および（５）の隙間が空くことは避けなければならない。この対策としては、（５）を（４）の方向に一定の圧力で押し付ける構造とすることが望ましい。最も簡単で費用がかからないのが、（５）よりチャックロールの端部側に設けた弾性体５１を用いて、（５）をチャックロール中心方向に押し付ける方法である。弾性体は伸縮可能なために、（１）と（２）はその伸縮の範囲内で、ロールの長さ方向に相対的に移動可能となる。弾性体は特に限定するものではないが、高温でも使用可能なシリコンゴムやＰＴＦＥなどの耐熱樹脂が好ましい。弾性体は押し付けられることで、（１）と（５）の間に起こる可能性があるリークを防ぐ役割も果たす。また、前記のような有機物でも耐熱性が十分でない場合には、（５）や５２に冷却水を流す構造とすることも可能である。
【００１９】
請求項３に記載の本発明は、前記（３）が複数の円筒からなり、端部を接着して一体化しているか、隙間無く密着させている請求項１または２のいずれかに記載のチャックロールである。この接着の際の模式図を図４に示す。２１は端面の接着前の円筒であり、２２は接合した円筒である。２３は円筒同士の接着面である。接着したほうが強度上は有利であるが、吸着の均一性という面では接着のほうがよりために、用途に応じて選択することができる。いずれにしても、（３）を複数の円筒から作成することによる利点を以下に述べる。
（３）を１つの円筒として製作したものと比較して、使用上の利点は全く同じである。一方、円筒を複数に分けたものを接着によりつなぎ合わせる構造は、一つの円筒を作る構造と比較して、製造がたやすく、製造費用も低くて済むという利点がある。長い円筒を作るのは様々な難点がある。まず、成形体を得るのが難しく、長さに応じた装置が必要になる。中間加工にもそれなりの長さが加工できる旋盤などの装置が必要になる。脱脂、焼結の際も均熱部分が広い炉で、時間をかけて焼結する必要がある上に、脱脂や焼結中に長いセラミックスは割れやすく、変形しやすい。歩留まりや製造上の装置や取り扱い、製造に要する時間などを考慮すると、複数の円筒を作りそれを接着するほうが格段に有利である。
【００２０】
請求項４に記載の本発明は、前記（２）を形成する複数の中間多孔体同士の継ぎ目の部分と、請求項５に記載の複数の円筒からなる前記（３）を構成する複数の円筒同士の継ぎ目の部分とが、重なる位置にないことを特徴とする請求項３に記載のチャックロールである。たとえば図１に示すチャックロールの概念図では、（２）の接着部分５３と（３）の接着部分５４の位置が重なっていないことを示す。
（２）、（３）ともに、接着をしている部分は、他の部分に比較して程度はわずかであるが気体の流動が妨げられる。（２）（３）の接着部分が重なると、その部分の吸着性に問題が生じる可能性が小なりとも生まれるために、意図的にずらした構造とするほうが好ましい。
【００２１】
また、前述の説明では特に記載していないが、（２）と（３）は接着しているために、両者の熱膨張率の差は小さいほど好ましい。そのために最も適しているのは、両者を同じ材質で製造することである。例えば（２）に気孔率が５０％の炭化珪素多孔体を用い、（３）に気孔率が２０％の炭化珪素多孔体を用いるような方法である。これが難しい場合は、例えば熱膨張率の差が１×１０−６（Ｋ−１）以内である二材質を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、以下に示す課題を解決することができる。
（い）使用中に温度変化がある場合でも、チャックロールの各部材の間で破壊や剥離、ゆがみなどが生じずに、良好な状態で吸着、搬送ができる。
（ろ）ウェブを面粗度やひずみの面で極めて良好に維持したまま吸着、搬送ができる。
（は）製造費用が低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のチャックロールは以下のようにして得ることができる。
【００２４】
最初に使用環境に応じて（３）に使用する材質を選定する。重要な要素となるのは気孔率、平均気孔径、耐熱性、化学反応性、熱膨張係数などである。これらを目的に応じて適当な材質を選定する。多孔質体の材質としてはセラミックスが適当であり、酸化物系の酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、窒化物としては窒化珪素、窒化アルミ、サイアロン、窒化チタン、炭化物としては炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化クロムなどの材料入手が容易なものから選ぶことが好ましい。
前記セラミックスは、セラミックス以外の材料と比較して、高い耐摩耗性や低い雰囲気やウェブとの反応性、高いヤング率などの特性がチャックロールに適している。
【００２５】
次に、（２）の中間多孔体を選定する。（２）の選定基準は熱膨張係数が（３）と近いこと、および、（３）よりも平均気孔径や気孔率が大きいことである。熱膨張係数が（３）と同じか近くないと、使用中に温度が上がった場合に（２）と（３）の長さ方向の寸法が離れ、両者が剥離、破壊しやすくなる。熱膨張係数の差は理想的には０であるが、１×１０−６（Ｋ−１）以下であれば問題ない。（３）はセラミックスであるが、（２）の材質はセラミックスに限らず、鉄系金属や金属間の合金、超硬合金も熱膨張係数さえ（３）と合っていれば使用できる。（２）の気孔率や平均気孔径は（３）より大きくすることで、（３）とウェブの吸着および開放を問題なく行なえる。
【００２６】
（１）の中心軸は、ヤング率が２００ＧＰａ以上、望ましくは３５０ＧＰａ以上の、変形の少ない材質が好ましい。また、形状は基本が（２）とロール長方向に対して可動な程度に嵌合した円柱形であるが、（４）の部材と接合できるような箇所も備えている。例えば（４）とボルト締めできるような部材を溶接などで外周部に設けてもよいし、その部分だけ径の大きい構造とし、ボルト締めや溶接などで固定することもできる（図２の２、３に示す）。形状は円柱状が基本であるが、図7に示すように、外部の気体制御装置に連通する通気孔６１を円柱内に設けて（３）と気体のやり取りをすることもできる。また、円柱状に限らず、強度が十分であれば円筒状の構造とすることもできる。
【００２７】
（４）の端面部材１は内径が（１）と嵌合するリング形状であり、一端面で（１）と接合、固定されている。もう片方の端面側では（２）および（３）と接合され、（２）（３）を固定している。この端面部材１は、（２）および（３）からの端面方向へのリークを防ぐ役割を持つ。リング形状であって、形状の保持や熱による特性が著しく変化しない緻密な材質を選ぶことが好ましい。また、リングの厚さ径方向はさしたる距離でないために、熱膨張率も考慮する必要が少ない。この材質に当てはまるのは、例えば各種鉄材、ステンレス鋼、セラミックス材料、超硬合金、ＰＴＦＥのような耐高温性樹脂などから選択すればよい。
【００２８】
（５）は内径側が中心軸と嵌合し、端面の片側は（２）および（３）と結合しているリング状の部材である。片方の端面側では（２）および（３）と接合および接着されている。この端面部材２は、（２）および（３）からの端面方向へのリークを防ぐ役目を持つ。リング形状であって、形状の保持や熱による特性が著しく変化しない緻密な材質として選ぶのが好ましい。また、リングの長さ方向はさしたる距離でないために、熱膨張率も考慮する必要が少ない。前記材質に当てはまるのは、例えば各種鉄材、ステンレス鋼、セラミックス材料、超硬合金、ＰＴＦＥのような耐高温性樹脂などから選択すればよい。
【００２９】
他の要件として、（２）については、別々に作ったパーツを接着し、長さを所望の長さとする。これに長さを決める端面の研削および内外形を決める円筒研削盤、内面研削盤での加工を行なう。内径側は（１）の外形の熱膨張係数の差によるロール軸方向への移動が可能な程度に嵌合するようにする。
【００３０】
（３）も前記（２）と同様にして、外形をロールの径寸法に取り代を設けた寸法に、内径を（２）の外形と接着剤などにより接合、一体化する。
【００３１】
一方 で、（１）と（４）を結合し、一体とする。次に（１）を、（２）と（３）の接合体へ挿入し、端面が（４）と接する状態とする。この状態で、（２）と（３）の接合体をその端面にて固定し（４）と一体化する。この方法は接着でもよいし、あらかじめネジ山をきっておきボルトなどで一体化する方法でもよく、端面のリークが起こらない方法であれば良い。また、外部の気体制御装置が（２）と連通する構造とする場合（図１の６１）は、あらかじめ（４）にそのための貫通孔（図５の３１）をあけておくか、組み立て後に穴を開けることができる。次に、（２）と（３）の接合体のもう片方の端面を（５）と接合する。これも端面のリークが起こらなければ方法は問わない。
【００３２】
組み立ての終わった（１）〜（５）を、円筒研削盤にて最終仕上げを行なう。（３）の外周を研削し、所望の寸法や面粗度に仕上げることにより本発明のチャックロールを得ることができる。
以下実施例にて、より詳細に本発明を説明する。
【実施例】
【００３３】
（１）〜（５）の各部材の材質を以下のように選定した。
（１）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
（２）気孔率５０％、平均気孔径２０μｍ ９５％アルミナ 多孔体
（３）気孔率２０％、平均気孔径１．０μｍ ９９％アルミナ 多孔体
（４）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
（５）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
また、前記（１）（４）（５）の熱膨張係数は１３×１０−６（K−1）であり、
（２）（３）の熱膨張係数７×１０−６（K−1）である。
【００３４】
（１）には、（４）との接合のために使用する図２中のツバ２を溶接にて形成した。ツバ２の部分には長方向への穴を開け、タップ３を切った。
【００３５】
（２）は、外径と内径寸法が同じである１０個のリングを接着にて一体化し、端面および内外周を研削仕上げしたものを用いた。内径寸法は（１）の外径とロール軸方向への移動が可能な程度に嵌合する寸法程度とした。
【００３６】
（３）は、外径と内径寸法が同じである４つのリングを接着にて一体化し、端面および内外周を研削仕上げしたものを用いた。それぞれの接着面には面積で２０％程度接着しない部分を残して、気体の流動性を確保した。内径は（２）の外径と接着代を数〜数１０μｍ見越した寸法とし、外径には取り代を残した。４つのリングによる３箇所の接着部は、（２）を構成する１０個のリングの９箇所の接合部とは１箇所も重ならないようにした。
【００３７】
（４）は内径が（１）の径と同じ寸法で、外径がチャックロールの外径寸法とした。また、端面から貫通した穴を２箇所設け、（３）と通気可能とした。さらに、別に止まり穴を複数設けてそれにタップを切り、（１）のツバ部分と強固にボルト締めできるようにした。
【００３８】
（５）は（３）のもう片方の端面側に、接着剤とボルトにて固定できるようにしている。また、（５）のチャックロール端面側にはシリコンゴム製の円盤状の板５２を被せ、（１）に設けたロールの長さ方向に可動である固定補助具５２との間に挟みこめるようにした。
【００３９】
前記（１）〜（５）を、まず（２）と（３）を接着にて一体化した。接着剤の塗布は、塗布している短冊状の部分と、塗布していない短冊状の部分が交互に続く縞状パターンを基本とし、接着面積を全面の３０％程度とした。次に（１）と（４）を接合した後、ツバ２と（４）のタップ部分（図５の３２）とを強固にボルト締めした。続いて一体化した（２）（３）の内径に、（１）を挿入し、（４）の通し穴の部分を除いて部分と接着にて一体化した。さらに、（１）の残された端部側に（５）をはめ込み、（２）（３）の端面と接着にて一体化した。そして（５）よりも端部側にシリコンゴムの円盤５１を密着させ、予め（１）に設けていた固定補助具５２により固定した。
【００４０】
最後に一体となったチャックロールを円筒研削盤にかけ、（３）を所望の外径寸法に仕上げた。仕上げは＃４００番の砥石で行い、仕上げ面の面粗さは算術平均粗さＲａが０．８μｍ、最大高さＲｙが３．０μｍであった。
【００４１】
得られたチャックロールを図８の概念図に示すように、両端を図示しないベアリングにて支持台の上に固定して、動力７１によって回転可能とした。また、（４）に設けた通し穴にはリークテープを使った上でジョイントをつなぎ、外部の気体制御装置７２に連結した。
【００４２】
このようにして完成したチャックロールを、厚さ５０μｍのＰＴＦＥのウェブ７４、７５に塗布工具７３にて溶媒中に分散した顔料を１０μｍ程度塗布したものの搬送に用いた。なお、環境は大気雰囲気で、顔料の乾燥および定着を短時間で行なうために、ウェブ７４、７５およびチャックロール７０は温度が１５０℃に保持された乾燥機中で使用する。
【００４３】
乾燥機を稼動させる前にチャックロールおよびその他の部品を設置し、チャックロールには異常がないのを確認したあと、前記のように１５０℃まで温度を上げた。チャックロールによる搬送で、ウェブであるＰＴＦＥのシートは塗布剤である顔料が乾燥途中の段階でチャックロールにより搬送された。そのまま１０時間稼動を行い、冷却後にチャックロールおよびウェブのチェックを行なった。
【００４４】
その結果、まずチャックロールについては（３）の外径面を含むすべての箇所に剥離、破壊、傷などは見当たらなく、使用以前と全く変わらない状態であった。１５０℃までの昇温により（１）が（２）と比較してより膨張していたはずだが、（１）と（２）は（４）を介して接合されているだけであり、長さ方向にはお互いに拘束しないために、剥離や割れなどの不具合は生じなかったものと思われる。ウェブと接触する（３）についても、ウェブや塗布剤の溶着や、摩耗や変色など一切生じていなかった。
【００４５】
処理したウェブについては、ＰＴＦＥシートの面を調べたが、チャックによる吸着痕などは生じておらず、塗布剤の乾燥も均一に行なわれており、全く問題ない状態であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のチャックロールの代表的構造を示す図である
【図２】本発明の構成要素である中心軸（１）の模式図である
【図３】本発明の構成要素である中間多孔体（２）の模式図である
【図４】本発明の構成要素である表層部（３）の模式図である
【図５】本発明の構成要素である端面部材１（４）の模式図である
【図６】本発明の構成要素である端面部材２（５）の模式図である
【図７】本発明のチャックロールの実施の１例を示す図である
【図８】本発明のチャックロールをウェブ搬送の工程に用いた１例を示す
【符号の説明】
【００４７】
１ 中心軸
２ 端面部材１との接合をするツバ部分
３ 端面部材１との接合用ボルト穴
１０ 多孔質体の複数のリングを接着にて一体化した中間多孔体
１１ 単体の多孔質体リング
１２ リング同士の接合部
２０ ２以上の円筒を接着した表層部
２１ 接着前の単体の円筒
２２ 接着した円筒
２３ 円筒同士の接合部
３０ 端面部材１
３１ 端面部材１から中間多孔体に通じる通気道
３２ 端面部材１と中心軸の２との接合用の止まりボルト穴
４０ 端面部材２
４１ 中間多孔体と一体化するためのボルト穴
５０ 本発明のチャックロールの一模式図
５１ 弾性体
５２ 固定補助具
５３ 中間多孔体を構成するリング同士の接着部
５４ 表層部を構成する円筒同士の接着部
５５ 外部気体制御装置との連通路
６１ 通気孔
７０ 本発明のチャックロール
７１ 外部動力
７２ 外部気体制御装置
７３ 塗布工具
７４ ウェブ（塗布前）
７５ ウェブ（塗布後）
７６ ウェブの進行方向
【技術分野】
【０００１】
有機物や金属からなる数μｍ〜1ｍｍ程度の連続した帯状の薄板（以下単に「ウェブ」と表す）を吸着、搬送する円筒状のチャックロールについての発明であり、特に高温（上限が５０℃〜３００℃程度）での使用に耐えうるものである。
【背景技術】
【０００２】
ウェブを吸着して搬送するための吸着ロールは、従来吸着用スルーホールを金属ロールの表面に多数設け、ロール内部とつながった外部気体制御装置との働きでウェブを吸着、搬送する「スルーホールタイプ」のものが主流であった。
【０００３】
このスルーホールタイプには弱点があり、スルーホールの部分だけで吸着するために、スルーホールにあたらない部分は吸着しないために、ウェブのスルーホールの輪郭周辺に傷が入ったり、ウェブにゆがみができたりする。この問題は、スルーホールの数を多く、径を小さくすることで多少改善されるが、完全でなく、またその際のロールの価格は非常に高価なものとなる。
そのために、セラミックスやプラスチック、金属などからなる多孔質体をロールの表層に設け、筒内部より気体を吸引することにより、多孔体全面にてウェブを吸着することが提案されている。そのために表面精度を高めることにより、前記問題のひとつであるウェブの傷やゆがみはある程度抑えることができる。
高温で使用する場合は、チャックロールを形成する部材ごとの熱膨張により、部材同士の剥離や破壊を起こさないことが求められている。
【特許文献１】特開２００２−２５５４２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２９３６号公報
【特許文献３】特願２００８−１３７８０４号公報
【０００４】
引用文献１に記載の技術は、最表層に多孔性の通気孔（４）を設け、その内部により目が大きなスルーホール（１１）を設けることにより均一な吸着を行なうことが書かれているが、その通気孔の大きさは２０〜１２５メッシュのものが挙げられており、ウェブが薄く変形しやすい場合は、やはりこのメッシュ形状の転写が問題となる場合がある。また、熱については、その製造過程において熱膨張を利用してロール部材を一体化することについては述べられているが、使用の際の温度変化に関しては考慮されてなく、常温から温度が上がるような環境で使用するには適当かどうかの示唆はなく、温度を上げて焼きばめを行うことを考えれば、温度の変化により使用できないことが当然あると考えられる。
【０００５】
引用文献２に記載の技術は、外周面が多孔質からなるサクションロールで、ウェブと接さない部分を遮蔽したものである。遮蔽することにより、ワークと接していない部分からのリークをなくし、吸着力を増すように設計されている。このサクションロールは吸引力については問題なく、円筒状多孔体２０について材質は明記されていないが、表面に多孔質焼結プラスチックシートを貼ることが発明の一部として記載されている。前記プラスチックシートの詳細は不明だが、一定の面粗さや面形状を保つという意味では、十分とは言えない。また、使用中に温度が変わるような条件では、部材ごとの熱膨張が異なるために、部材間で破壊や剥離、変形がおき、常温と同様に使用することは困難である。
【０００６】
引用文献3に記載の技術は、円筒状多孔体２６の両端面側に外部との通気孔（開口部３１）を有する側版４０、４１を備えており、円筒状多孔体２６から支持体２２を通り、開口部から外部に気体の出入りができるようなサクションロールの構造である。また、これに付随して円筒状多孔体２６に付着した塵埃や薬剤も目詰まり防止のために外部へ放出する機構を備えている。この技術も、やはり使用中の温度変化に関する記載がなく、構造をみてもやはり考慮されていない。このサクションロールを、もし温度変化が大きな用途で使用すると、支持フレームとサクションロール本体、円筒状多孔体と側板や歯車状支持体などの間で熱膨張に起因する破壊や剥離、変形がおき、常温と同様に使用することは困難となる。
【０００７】
以上に示す従来の技術では、温度変化が起こる環境下での使用は、その温度が常温から離れるほどに使用が難しくなり、破壊、剥離、ウェブ品質の低下が起こる。温度が常温から離れる用途としては、ウェブに塗布した薬剤の乾燥、定着、固化、熱処理などが挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、以下に示す特徴を持つチャックロールを得ることである。
（い）使用中に温度変化がある場合でも、チャックロールの各部材の間で破壊や剥離、ひずみなどが生じずに、良好な状態で吸着、搬送ができるチャックロール。
（ろ）ウェブを面粗度やゆがみの面で極めて良好に維持したまま吸着、搬送ができるチャックロール
（は）製造費用が低く抑えられたチャックロール。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明は、ロールの外周部で薄板状のウェブを吸着・搬送するチャックロールであり、ロールの中心部から表層に向かって、少なくとも下記の（１）から（３）の部材を有し、ロール端面には下記（４）（５）を有し、下記（１）（４）（５）の少なくとも１つの部材には、下記（２）を経由して下記（３）へ円筒内部から連通し、チャックロール内の圧力を外部気体制御装置にて制御するための通気道を有するチャックロールである。
【００１０】
なお以下に説明する、本発明のチャックロールを構成する主要な部材である（１）〜（５）については、明細書中では、一部を除きそのまま（１）〜（５）と表現する。
【００１１】
（１）中心軸は、図２にその模式図を示すように、外部動力からチャックロールを回転させる駆動力をチャックロール全体に伝える円柱状の中心軸であり、下記（４）との接合のための部分を有する中心軸である。具体的にはモーターや原動機で駆動する動力により（１）を回転させる。回転の中心となるので、その長さが長くなるほどたわみなどの変形が少ない、工具鋼などのヤング率２００ＧＰａ以上の材料を使用することが望ましい。さらにたわみを少なくしたい場合には、ヤング率が３５０ＧＰａ以上のセラミックスがよい。また、真円度は５μｍ以内が望ましい。また、端面から内部にかけて、外部の気体流制御装置で（２）を経由して（３）に伝達する通気道を設けることも可能である。
【００１２】
（２）中間多孔体は内径側が前記（１）の外径に合わせて設けた複数のリングを、リングの厚さ方向に重ね、接合してなる連続した開気孔を有する多孔質体からなる中間多孔体であり、下記（４）に接合固定され、かつ前記（１）とは接合されておらず、前記（１）と同軸の円筒形状中間多孔体である。この概念図を図３に示す。１０は接着されたリングであり、接着前のリング形状は１１に示す。接着部は１２の部分である。リング同士の接着については、リングの厚さ方向の気体の流動を円滑にするために、端面の全面ではなく、一部に接着剤を塗らなくすることがより望ましい。
リングは、多孔質体からなり、金属、セラミックス、超硬合金、硬質な有機物などを用いることができる。選択の際には、チャックロールの最大使用温度でも形状を保ち、化学反応を起こさないことが条件となる。
外部の気体制御装置で制御された気体の加減圧は、この多孔質体を通って（３）表層部に伝達される。そのために、気孔率や平均気孔径は気体の動きを妨げにくいように、比較的大きなほうが良い。例として気孔率４０％、平均気孔径５０μｍ程度であれば十分である。ただし、気孔率や平均気孔径をあまりにも上げすぎると脆くなり、外力により変形や破壊しやすくなるために気孔率は８０％を超えない程度までが適している。
また、この中間多孔体は中心軸（１）の外径部分とは接合しておらず可動な程度に接しており、（４）および（５）にて支持されている。そのために、（１）と熱膨張などにより常温の位置から相対的に（１）と（２）がロール長方向に動く場合でも、長さ方向には（１）と独立しているために、両者を接合した場合に予想される剥離や破壊の恐れがない。
リングは複数用いる。複数用いることの利点は、その製造のしやすさおよび製造費の低さである。セラミックスを例に挙げれば、長い円筒状の物体を製作するには、原料粉末を冷間静水圧プレスやラバープレスなどで円筒状のグリーン体を得て、それに中間加工を行ない、脱脂、焼成の後に長さ、内径、外径の加工を行なうことが必要になる。求める焼結体が大きいために、プレス割れ、中間加工時の割れ、取り扱い上の割れや欠け、脱脂割れ、焼結割れなどの起こる率が高くなる。また、脱脂や焼結の際は昇温速度や保持速度を遅くしたり長くしたりする必要が生じるために、焼結に必要な時間も電気も多く費やすことになる。これに対して複数のリング形状であれば、プレスはリング用の金型プレスで精度よく行え、中間加工も外形、内径を旋盤にて簡単に行なえる。脱脂や焼結は特に長い時間をかけることも不要であり、焼結体が小さいために割れも極めて少ない。焼結後には平面研削盤や両面研削盤を用いて厚さを決め、接着一体化後に内径、外形を整えればよい。
この両者では、得られるものの使用については全く同様に行なえるが、それにかかる費用や時間や難易度、プレス装置、加工装置などは複数のリングを用いるほうがきわめて有利である。
リングは同じ厚さのものを複数重ねてもよいし、図３に示すように、複数の厚さの種類があってもよい。
【００１３】
（３）表層部はチャックロールの周方向の表層部であり、前記（２）の外周に接着され、外周面でウェブを吸着、保持するものであり、前記（２）よりも気孔率、平均気孔径ともに小さく、連続した開気孔を有するセラミックスの多孔体からなる表層部である。接着は接合面の全面に対して吸着が十分できる面積を残して行なう。接着のパターンは径や長さ方向に平行的に接着する部分としない部分を設けたり、格子状としたり、ミアンダ状としたりと、吸着力が確保でき、かつ接着が外れない程度であればよい。セラミックスは酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、窒化珪素、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステンなどの比較的入手しやすく、製造技術が確立されている種類を主とするのがよい。また、使用雰囲気中で腐食などの心配のないものを選ぶことができる。例えば大気雰囲気中、３００℃程度で用いる場合には、炭化物や窒化物セラミックスは表面酸化の危険性があるため、酸化物セラミックスを用いることが適している。
【００１４】
また、表面の面粗さはウェブの品質を考えると低いほうがよいが、面粗さを低くするために平均気孔径を小さくすれば吸着力が下がる。吸着力が十分とすれば、ウェブに表層部形状が転写されにくい０．２〜２μｍの平均気孔径が望ましい。通常、多孔質体の表面全体に被吸着物がないと他の部分からのリークにより、吸着できないが、平均気孔径が前記範囲であれば、多孔質体の表面全体に被吸着物がなくても吸着が可能な「部分吸着」を行なうことができる。これは、他の部分からのリークが気体制御装置の能力よりもはるかに小さいためである。本発明では基本的にこの範囲の表層部を用いているために、（３）の外周面で、ウェブを吸着していない部分からのリークについては特に考慮していない。
（２）よりも気孔率、気孔径ともに小さくする理由は、流動する気体の最も作用する点をウェブと表層部との間にするためである。もし逆に、（２）よりも気孔径が大きければ、気体移動の律束点は（２）と（３）の間ということになるために、チャック表面の吸着が制御できなくなる。
【００１５】
（４）端面部材１は前記（１）と接合されており、同時に前記（２）および（３）の部材の片方の端面に設けた、リング形状の緻密体であり、チャックロール片端面を密封する端面部材である。模式図を図５に示す。図５の左図はロールの端部より見た図、右側はロールの中心方向より見た図である。（２）（３）の多孔質体は、円筒の端面方向への気体のリークがあるために、端面にはそれをシールする部材が必要となる。シールできれば材質は特に問わず、金属製、セラミック製または有機物系であっても適当にシールできればかまわない。この部材の作用により、外部の気体制御装置によって、（３）表層部の吸着や開放を追従させることができる。また、この端面部材１は（１）と接合している。同図には、両者をボルト締めするためにあけた止まり穴３２を有する場合のものを示した。この接合により、（１）を回転させることにより、チャックロール全体を同時に回転させることができる。
さらに、外部の気体制御装置によって（２）を通して（３）とウェブ間の気体の制御を行なう場合には、この部材に貫通した通気道３１を設ける。
【００１６】
（５）端面部材２は前記（４）に記載の端面と対向する側の端面部材であり、リング形状の緻密体であり、前記（２）および（３）と接合することによりチャックロール端面を密封し、熱膨張により前記（１）と前記（２）の長さが相対的に変わる場合には、（２）に追随してチャックロールの長さ方向にのみ（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造を持つ端面部材である。その構造の一例を図６に示す。この図では、（２）と（５）とをボルト締めを行なうための貫通穴４１を設けた例である。
チャックロールの常温の用途のみだと、あまり問題になることはないが、常温より高い温度での取り扱いの場合は、温度による熱膨張係数についても考慮が必要である。温度が上がる用途は具体的にウェブに塗布された塗布剤の乾燥、定着、固化などが当てはまり、その温度は高いものでは３００℃となる場合もある。チャックロール部材をすべて同じ材質で製作すればこの温度変化は問題とならないが、セラミックや鉄材、ステンレス鋼、有機物など複数に及ぶ場合には、ロールの長さ方向に熱膨張による部材間の熱膨張差が問題となる。なお、径方向はサイズが限られているために、よほど大きな径にならない限り問題になることは少ない。
例として、表層部が熱膨張係数４×１０−６（K−1）の炭化珪素系セラミックスであり、中心軸が同１３×１０−６（K−1）ステンレス鋼であり、長さが２０００ｍｍで、２００℃まで温度の上がるチャックロールを考える。両者の熱膨張係数の差は９×１０−６（K−1）であり、温度変化は常温（２５℃）より１７５（K）である。この場合熱膨張による伸びの差は３．１５ｍｍとなり、これは（１）と（２）両者をロールの長さ方向にも強固に接合している場合には剥離や破壊が確実に起こる値である。本発明のチャックロールは、（５）を１端面に用いることにより、特に中心軸（１）と多孔質中間体（２）の相対的な長さが変化した場合でも、お互い拘束していないために剥離や破壊は起こらない。
【００１７】
以上に述べた（１）〜（５）に示す部材によりチャックロールを製作することにより、チャック面での吸着が均一で、使用時の温度変化がある場合でも問題なく使用でき、しかも費用が少なく製造できるチャックロールを得ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の本発明は、前記（５）に記載の、（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造が、（５）よりもチャックロール端部に近い部分に設けられた弾性体の伸縮によって移動可能な構造である、請求項１に記載のチャックロールである。この模式図を図１に示す。前述のように、（１）および（２）は互い可動な程度に嵌合されてはいるが、接合はされていないために、（１）から（２）を見ると長さ方向への拘束はない。しかしながら、（１）の外径と（２）の内径および（５）の隙間が空くことは避けなければならない。この対策としては、（５）を（４）の方向に一定の圧力で押し付ける構造とすることが望ましい。最も簡単で費用がかからないのが、（５）よりチャックロールの端部側に設けた弾性体５１を用いて、（５）をチャックロール中心方向に押し付ける方法である。弾性体は伸縮可能なために、（１）と（２）はその伸縮の範囲内で、ロールの長さ方向に相対的に移動可能となる。弾性体は特に限定するものではないが、高温でも使用可能なシリコンゴムやＰＴＦＥなどの耐熱樹脂が好ましい。弾性体は押し付けられることで、（１）と（５）の間に起こる可能性があるリークを防ぐ役割も果たす。また、前記のような有機物でも耐熱性が十分でない場合には、（５）や５２に冷却水を流す構造とすることも可能である。
【００１９】
請求項３に記載の本発明は、前記（３）が複数の円筒からなり、端部を接着して一体化しているか、隙間無く密着させている請求項１または２のいずれかに記載のチャックロールである。この接着の際の模式図を図４に示す。２１は端面の接着前の円筒であり、２２は接合した円筒である。２３は円筒同士の接着面である。接着したほうが強度上は有利であるが、吸着の均一性という面では接着のほうがよりために、用途に応じて選択することができる。いずれにしても、（３）を複数の円筒から作成することによる利点を以下に述べる。
（３）を１つの円筒として製作したものと比較して、使用上の利点は全く同じである。一方、円筒を複数に分けたものを接着によりつなぎ合わせる構造は、一つの円筒を作る構造と比較して、製造がたやすく、製造費用も低くて済むという利点がある。長い円筒を作るのは様々な難点がある。まず、成形体を得るのが難しく、長さに応じた装置が必要になる。中間加工にもそれなりの長さが加工できる旋盤などの装置が必要になる。脱脂、焼結の際も均熱部分が広い炉で、時間をかけて焼結する必要がある上に、脱脂や焼結中に長いセラミックスは割れやすく、変形しやすい。歩留まりや製造上の装置や取り扱い、製造に要する時間などを考慮すると、複数の円筒を作りそれを接着するほうが格段に有利である。
【００２０】
請求項４に記載の本発明は、前記（２）を形成する複数の中間多孔体同士の継ぎ目の部分と、請求項５に記載の複数の円筒からなる前記（３）を構成する複数の円筒同士の継ぎ目の部分とが、重なる位置にないことを特徴とする請求項３に記載のチャックロールである。たとえば図１に示すチャックロールの概念図では、（２）の接着部分５３と（３）の接着部分５４の位置が重なっていないことを示す。
（２）、（３）ともに、接着をしている部分は、他の部分に比較して程度はわずかであるが気体の流動が妨げられる。（２）（３）の接着部分が重なると、その部分の吸着性に問題が生じる可能性が小なりとも生まれるために、意図的にずらした構造とするほうが好ましい。
【００２１】
また、前述の説明では特に記載していないが、（２）と（３）は接着しているために、両者の熱膨張率の差は小さいほど好ましい。そのために最も適しているのは、両者を同じ材質で製造することである。例えば（２）に気孔率が５０％の炭化珪素多孔体を用い、（３）に気孔率が２０％の炭化珪素多孔体を用いるような方法である。これが難しい場合は、例えば熱膨張率の差が１×１０−６（Ｋ−１）以内である二材質を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、以下に示す課題を解決することができる。
（い）使用中に温度変化がある場合でも、チャックロールの各部材の間で破壊や剥離、ゆがみなどが生じずに、良好な状態で吸着、搬送ができる。
（ろ）ウェブを面粗度やひずみの面で極めて良好に維持したまま吸着、搬送ができる。
（は）製造費用が低く抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のチャックロールは以下のようにして得ることができる。
【００２４】
最初に使用環境に応じて（３）に使用する材質を選定する。重要な要素となるのは気孔率、平均気孔径、耐熱性、化学反応性、熱膨張係数などである。これらを目的に応じて適当な材質を選定する。多孔質体の材質としてはセラミックスが適当であり、酸化物系の酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、窒化物としては窒化珪素、窒化アルミ、サイアロン、窒化チタン、炭化物としては炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化クロムなどの材料入手が容易なものから選ぶことが好ましい。
前記セラミックスは、セラミックス以外の材料と比較して、高い耐摩耗性や低い雰囲気やウェブとの反応性、高いヤング率などの特性がチャックロールに適している。
【００２５】
次に、（２）の中間多孔体を選定する。（２）の選定基準は熱膨張係数が（３）と近いこと、および、（３）よりも平均気孔径や気孔率が大きいことである。熱膨張係数が（３）と同じか近くないと、使用中に温度が上がった場合に（２）と（３）の長さ方向の寸法が離れ、両者が剥離、破壊しやすくなる。熱膨張係数の差は理想的には０であるが、１×１０−６（Ｋ−１）以下であれば問題ない。（３）はセラミックスであるが、（２）の材質はセラミックスに限らず、鉄系金属や金属間の合金、超硬合金も熱膨張係数さえ（３）と合っていれば使用できる。（２）の気孔率や平均気孔径は（３）より大きくすることで、（３）とウェブの吸着および開放を問題なく行なえる。
【００２６】
（１）の中心軸は、ヤング率が２００ＧＰａ以上、望ましくは３５０ＧＰａ以上の、変形の少ない材質が好ましい。また、形状は基本が（２）とロール長方向に対して可動な程度に嵌合した円柱形であるが、（４）の部材と接合できるような箇所も備えている。例えば（４）とボルト締めできるような部材を溶接などで外周部に設けてもよいし、その部分だけ径の大きい構造とし、ボルト締めや溶接などで固定することもできる（図２の２、３に示す）。形状は円柱状が基本であるが、図7に示すように、外部の気体制御装置に連通する通気孔６１を円柱内に設けて（３）と気体のやり取りをすることもできる。また、円柱状に限らず、強度が十分であれば円筒状の構造とすることもできる。
【００２７】
（４）の端面部材１は内径が（１）と嵌合するリング形状であり、一端面で（１）と接合、固定されている。もう片方の端面側では（２）および（３）と接合され、（２）（３）を固定している。この端面部材１は、（２）および（３）からの端面方向へのリークを防ぐ役割を持つ。リング形状であって、形状の保持や熱による特性が著しく変化しない緻密な材質を選ぶことが好ましい。また、リングの厚さ径方向はさしたる距離でないために、熱膨張率も考慮する必要が少ない。この材質に当てはまるのは、例えば各種鉄材、ステンレス鋼、セラミックス材料、超硬合金、ＰＴＦＥのような耐高温性樹脂などから選択すればよい。
【００２８】
（５）は内径側が中心軸と嵌合し、端面の片側は（２）および（３）と結合しているリング状の部材である。片方の端面側では（２）および（３）と接合および接着されている。この端面部材２は、（２）および（３）からの端面方向へのリークを防ぐ役目を持つ。リング形状であって、形状の保持や熱による特性が著しく変化しない緻密な材質として選ぶのが好ましい。また、リングの長さ方向はさしたる距離でないために、熱膨張率も考慮する必要が少ない。前記材質に当てはまるのは、例えば各種鉄材、ステンレス鋼、セラミックス材料、超硬合金、ＰＴＦＥのような耐高温性樹脂などから選択すればよい。
【００２９】
他の要件として、（２）については、別々に作ったパーツを接着し、長さを所望の長さとする。これに長さを決める端面の研削および内外形を決める円筒研削盤、内面研削盤での加工を行なう。内径側は（１）の外形の熱膨張係数の差によるロール軸方向への移動が可能な程度に嵌合するようにする。
【００３０】
（３）も前記（２）と同様にして、外形をロールの径寸法に取り代を設けた寸法に、内径を（２）の外形と接着剤などにより接合、一体化する。
【００３１】
一方 で、（１）と（４）を結合し、一体とする。次に（１）を、（２）と（３）の接合体へ挿入し、端面が（４）と接する状態とする。この状態で、（２）と（３）の接合体をその端面にて固定し（４）と一体化する。この方法は接着でもよいし、あらかじめネジ山をきっておきボルトなどで一体化する方法でもよく、端面のリークが起こらない方法であれば良い。また、外部の気体制御装置が（２）と連通する構造とする場合（図１の６１）は、あらかじめ（４）にそのための貫通孔（図５の３１）をあけておくか、組み立て後に穴を開けることができる。次に、（２）と（３）の接合体のもう片方の端面を（５）と接合する。これも端面のリークが起こらなければ方法は問わない。
【００３２】
組み立ての終わった（１）〜（５）を、円筒研削盤にて最終仕上げを行なう。（３）の外周を研削し、所望の寸法や面粗度に仕上げることにより本発明のチャックロールを得ることができる。
以下実施例にて、より詳細に本発明を説明する。
【実施例】
【００３３】
（１）〜（５）の各部材の材質を以下のように選定した。
（１）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
（２）気孔率５０％、平均気孔径２０μｍ ９５％アルミナ 多孔体
（３）気孔率２０％、平均気孔径１．０μｍ ９９％アルミナ 多孔体
（４）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
（５）ＳＵＳ４３０ ステンレス鋼
また、前記（１）（４）（５）の熱膨張係数は１３×１０−６（K−1）であり、
（２）（３）の熱膨張係数７×１０−６（K−1）である。
【００３４】
（１）には、（４）との接合のために使用する図２中のツバ２を溶接にて形成した。ツバ２の部分には長方向への穴を開け、タップ３を切った。
【００３５】
（２）は、外径と内径寸法が同じである１０個のリングを接着にて一体化し、端面および内外周を研削仕上げしたものを用いた。内径寸法は（１）の外径とロール軸方向への移動が可能な程度に嵌合する寸法程度とした。
【００３６】
（３）は、外径と内径寸法が同じである４つのリングを接着にて一体化し、端面および内外周を研削仕上げしたものを用いた。それぞれの接着面には面積で２０％程度接着しない部分を残して、気体の流動性を確保した。内径は（２）の外径と接着代を数〜数１０μｍ見越した寸法とし、外径には取り代を残した。４つのリングによる３箇所の接着部は、（２）を構成する１０個のリングの９箇所の接合部とは１箇所も重ならないようにした。
【００３７】
（４）は内径が（１）の径と同じ寸法で、外径がチャックロールの外径寸法とした。また、端面から貫通した穴を２箇所設け、（３）と通気可能とした。さらに、別に止まり穴を複数設けてそれにタップを切り、（１）のツバ部分と強固にボルト締めできるようにした。
【００３８】
（５）は（３）のもう片方の端面側に、接着剤とボルトにて固定できるようにしている。また、（５）のチャックロール端面側にはシリコンゴム製の円盤状の板５２を被せ、（１）に設けたロールの長さ方向に可動である固定補助具５２との間に挟みこめるようにした。
【００３９】
前記（１）〜（５）を、まず（２）と（３）を接着にて一体化した。接着剤の塗布は、塗布している短冊状の部分と、塗布していない短冊状の部分が交互に続く縞状パターンを基本とし、接着面積を全面の３０％程度とした。次に（１）と（４）を接合した後、ツバ２と（４）のタップ部分（図５の３２）とを強固にボルト締めした。続いて一体化した（２）（３）の内径に、（１）を挿入し、（４）の通し穴の部分を除いて部分と接着にて一体化した。さらに、（１）の残された端部側に（５）をはめ込み、（２）（３）の端面と接着にて一体化した。そして（５）よりも端部側にシリコンゴムの円盤５１を密着させ、予め（１）に設けていた固定補助具５２により固定した。
【００４０】
最後に一体となったチャックロールを円筒研削盤にかけ、（３）を所望の外径寸法に仕上げた。仕上げは＃４００番の砥石で行い、仕上げ面の面粗さは算術平均粗さＲａが０．８μｍ、最大高さＲｙが３．０μｍであった。
【００４１】
得られたチャックロールを図８の概念図に示すように、両端を図示しないベアリングにて支持台の上に固定して、動力７１によって回転可能とした。また、（４）に設けた通し穴にはリークテープを使った上でジョイントをつなぎ、外部の気体制御装置７２に連結した。
【００４２】
このようにして完成したチャックロールを、厚さ５０μｍのＰＴＦＥのウェブ７４、７５に塗布工具７３にて溶媒中に分散した顔料を１０μｍ程度塗布したものの搬送に用いた。なお、環境は大気雰囲気で、顔料の乾燥および定着を短時間で行なうために、ウェブ７４、７５およびチャックロール７０は温度が１５０℃に保持された乾燥機中で使用する。
【００４３】
乾燥機を稼動させる前にチャックロールおよびその他の部品を設置し、チャックロールには異常がないのを確認したあと、前記のように１５０℃まで温度を上げた。チャックロールによる搬送で、ウェブであるＰＴＦＥのシートは塗布剤である顔料が乾燥途中の段階でチャックロールにより搬送された。そのまま１０時間稼動を行い、冷却後にチャックロールおよびウェブのチェックを行なった。
【００４４】
その結果、まずチャックロールについては（３）の外径面を含むすべての箇所に剥離、破壊、傷などは見当たらなく、使用以前と全く変わらない状態であった。１５０℃までの昇温により（１）が（２）と比較してより膨張していたはずだが、（１）と（２）は（４）を介して接合されているだけであり、長さ方向にはお互いに拘束しないために、剥離や割れなどの不具合は生じなかったものと思われる。ウェブと接触する（３）についても、ウェブや塗布剤の溶着や、摩耗や変色など一切生じていなかった。
【００４５】
処理したウェブについては、ＰＴＦＥシートの面を調べたが、チャックによる吸着痕などは生じておらず、塗布剤の乾燥も均一に行なわれており、全く問題ない状態であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のチャックロールの代表的構造を示す図である
【図２】本発明の構成要素である中心軸（１）の模式図である
【図３】本発明の構成要素である中間多孔体（２）の模式図である
【図４】本発明の構成要素である表層部（３）の模式図である
【図５】本発明の構成要素である端面部材１（４）の模式図である
【図６】本発明の構成要素である端面部材２（５）の模式図である
【図７】本発明のチャックロールの実施の１例を示す図である
【図８】本発明のチャックロールをウェブ搬送の工程に用いた１例を示す
【符号の説明】
【００４７】
１ 中心軸
２ 端面部材１との接合をするツバ部分
３ 端面部材１との接合用ボルト穴
１０ 多孔質体の複数のリングを接着にて一体化した中間多孔体
１１ 単体の多孔質体リング
１２ リング同士の接合部
２０ ２以上の円筒を接着した表層部
２１ 接着前の単体の円筒
２２ 接着した円筒
２３ 円筒同士の接合部
３０ 端面部材１
３１ 端面部材１から中間多孔体に通じる通気道
３２ 端面部材１と中心軸の２との接合用の止まりボルト穴
４０ 端面部材２
４１ 中間多孔体と一体化するためのボルト穴
５０ 本発明のチャックロールの一模式図
５１ 弾性体
５２ 固定補助具
５３ 中間多孔体を構成するリング同士の接着部
５４ 表層部を構成する円筒同士の接着部
５５ 外部気体制御装置との連通路
６１ 通気孔
７０ 本発明のチャックロール
７１ 外部動力
７２ 外部気体制御装置
７３ 塗布工具
７４ ウェブ（塗布前）
７５ ウェブ（塗布後）
７６ ウェブの進行方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロールの外周部で薄板状のウェブを吸着・搬送するチャックロールであり、ロールの中心部から表層に向かって、少なくとも下記の（１）から（３）の部材を有し、ロール端面には下記（４）（５）を有し、
下記（１）（４）（５）の少なくとも１つの部材には、下記（２）を経由して下記（３）へ円筒内部から連通し、チャックロール内の圧力を外部気体制御装置にて制御するための通気道を有するチャックロール。
（１）中心軸 ：外部動力からチャックロールを回転させる駆動力をチャックロール全体に伝える円柱状の中心軸であり、下記（４）との接合のための部分を有する中心軸。
（２）中間多孔体：内径側が前記（１）の外径に合わせて設けた複数のリングを、リングの厚さ方向に重ね、接合してなる連続した開気孔を有する多孔質体からなる中間多孔体であり、下記（４）に接合固定され、かつ前記（１）とは接合されておらず、前記（１）と同軸の円筒形状中間多孔体。
（３）表層部：チャックロールの周方向の表層部であり、前記（２）の外周に接合され、外周面でウェブを吸着、保持するものであり、前記（２）よりも気孔率、平均気孔径ともに小さく、連続した開気孔を有するセラミックスの多孔体からなる表層部。
（４）端面部材１ ：前記（１）と接合されており、同時に前記（２）および（３）の部材の片方の端面に設けた、リング形状の緻密体であり、チャックロール片端面を密封する端面部材。
（５）端面部材２ ：前記（４）に記載の端面と対向する側の端面部材であり、リング形状の緻密体であり、前記（２）および（３）と接合することによりチャックロール端面を密封し、熱膨張により前記（１）と前記（２）の長さが相対的に変わる場合には、（２）に追随してチャックロールの長さ方向にのみ（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造を持つ端面部材。
【請求項２】
前記（５）に記載の、（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造が、（５）よりもチャックロール端部に近い部分に設けられた弾性体の伸縮によって移動可能な構造である、請求項１に記載のチャックロール。
【請求項３】
前記（３）が複数の円筒からなり、端部を接着による一体化、または隙間無く端面同士を密着している構造である請求項１または２のいずれかに記載のチャックロール。
【請求項４】
前記（２）を形成する複数の中間多孔体同士の継ぎ目の部分と、請求項３に記載の複数の円筒からなる前記（３）を構成する複数の円筒同士の継ぎ目の部分とが、重なる位置にないことを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載のチャックロール。
【請求項１】
ロールの外周部で薄板状のウェブを吸着・搬送するチャックロールであり、ロールの中心部から表層に向かって、少なくとも下記の（１）から（３）の部材を有し、ロール端面には下記（４）（５）を有し、
下記（１）（４）（５）の少なくとも１つの部材には、下記（２）を経由して下記（３）へ円筒内部から連通し、チャックロール内の圧力を外部気体制御装置にて制御するための通気道を有するチャックロール。
（１）中心軸 ：外部動力からチャックロールを回転させる駆動力をチャックロール全体に伝える円柱状の中心軸であり、下記（４）との接合のための部分を有する中心軸。
（２）中間多孔体：内径側が前記（１）の外径に合わせて設けた複数のリングを、リングの厚さ方向に重ね、接合してなる連続した開気孔を有する多孔質体からなる中間多孔体であり、下記（４）に接合固定され、かつ前記（１）とは接合されておらず、前記（１）と同軸の円筒形状中間多孔体。
（３）表層部：チャックロールの周方向の表層部であり、前記（２）の外周に接合され、外周面でウェブを吸着、保持するものであり、前記（２）よりも気孔率、平均気孔径ともに小さく、連続した開気孔を有するセラミックスの多孔体からなる表層部。
（４）端面部材１ ：前記（１）と接合されており、同時に前記（２）および（３）の部材の片方の端面に設けた、リング形状の緻密体であり、チャックロール片端面を密封する端面部材。
（５）端面部材２ ：前記（４）に記載の端面と対向する側の端面部材であり、リング形状の緻密体であり、前記（２）および（３）と接合することによりチャックロール端面を密封し、熱膨張により前記（１）と前記（２）の長さが相対的に変わる場合には、（２）に追随してチャックロールの長さ方向にのみ（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造を持つ端面部材。
【請求項２】
前記（５）に記載の、（１）から相対的に移動して密封状態を保つ構造が、（５）よりもチャックロール端部に近い部分に設けられた弾性体の伸縮によって移動可能な構造である、請求項１に記載のチャックロール。
【請求項３】
前記（３）が複数の円筒からなり、端部を接着による一体化、または隙間無く端面同士を密着している構造である請求項１または２のいずれかに記載のチャックロール。
【請求項４】
前記（２）を形成する複数の中間多孔体同士の継ぎ目の部分と、請求項３に記載の複数の円筒からなる前記（３）を構成する複数の円筒同士の継ぎ目の部分とが、重なる位置にないことを特徴とする請求項1から３のいずれかに記載のチャックロール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−８９８４６（Ｐ２０１０−８９８４６Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８３７２（Ｐ２００８−２５８３７２）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００２２９１７３）日本タングステン株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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