ロール装置
【課題】面長１ｍ程度の短いロールから、面長１０ｍ又はそれ以上のロールまでの全てに対応でき、かつ運転中においても簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率を容易に変更することができるロール装置を提供する。
【解決手段】ロール１２は、同軸的なロールシャフト１４及びロールシェル１６と、これらをつなぐつなぎパイプ１８とを備えている。ロールシャフト１４及びロールシェル１６の長手方向の中間部がつなぎパイプ１８で連結されている。ロールシェル１６の両端にシェル軸支体２８が取り付けられており、このシェル軸支体２８がシェル用ベアリング３０、スライドハウジング３２を介してベースプレート２６に支持されている。アジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２を移動させることにより、ロールシェル１６がベンディングする。
【解決手段】ロール１２は、同軸的なロールシャフト１４及びロールシェル１６と、これらをつなぐつなぎパイプ１８とを備えている。ロールシャフト１４及びロールシェル１６の長手方向の中間部がつなぎパイプ１８で連結されている。ロールシェル１６の両端にシェル軸支体２８が取り付けられており、このシェル軸支体２８がシェル用ベアリング３０、スライドハウジング３２を介してベースプレート２６に支持されている。アジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２を移動させることにより、ロールシェル１６がベンディングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール装置に係り、特にロールがベンディング可能となっているロール装置に係る。詳しくは、本発明は、プラスチックスフィルムや紙、金属箔（以後、特に限定しない限りウェブと総称する）を製造する工程や、それらのウェブ基材にコーティング、蒸着等の表面処理やラミネーティングを施す工程（以後、特に限定において、ウェブのしわ伸ばしの目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にエキスパンダーロールと呼ばれる）、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にタッチロール、コンタクトロールと呼ばれる）、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にニップロールやピンチロールと呼ばれる）等に好適なロール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々のウェブの製造工程や、それらのウェブ基材にコーティング、蒸着等の表面処理やラミネーティングを施す工程（以後、ウェブ処理工程と記載する）内には、種々の目的で各種ロールが配置されている。通常の搬送目的等に用いられるロールはストレート形状が一般的であるが、搬送過程で生じるウェブのしわを伸ばす目的で設置されるロール、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で設置されるロール、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で設置されるロールとして、ロール軸心線を含む平面内において湾曲させることが可能なベンディングロールが用いられることがある。
【０００３】
ロールのベンディングの曲率を変更させる機構として、特許文献１には、湾曲可能な軸の表面に軸受けを介してロール外套を設置し、軸を湾曲させることによりロール外套表面の曲率を変化させる機構が記載されている。特許文献２には、コンタクトロールの両サイドから軸受けを介して制御軸を差し込み、制御軸端部を押すことにより制御軸の角度を変え、それによってコンタクトロール表面の曲率を変化させる機構が記載されている。特許文献３には、円筒状の外筒部材（ロールシェル）と中心軸をロール中央部において外筒部材の内周面に固定装着されたリング部材と中心軸の外周面に固定装着されたリング部材をボルトにより締結し、ロール内部両端部に設けた周方向複数箇所に可変スペーサー機構によりその機構の外側、内側に設置された軸受けの相対位置を変化させて外筒部材表面の曲率を変化させる機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２７３３５
【特許文献２】特開平５−１７８５０５
【特許文献３】特開２００７−１１３６８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、例えばフィルム製造ラインではフィルム幅が９ｍ、製紙ラインでは紙幅が１０ｍにも達しており、それに合わせてロール面長が長大化している。また、同じ製造ラインで多品種生産が要求され頻度の高いロール表面の曲率の調整が要求されている。
【０００６】
特許文献１のベンディングロールは、湾曲した軸上で軸受けが回転する為に軸受け抵抗が増え、フィルムに過度の張力を与えることになる上、軸受け寿命が短くなり、多頻度でのメンテナンスが要求されるという問題があった。また、高速回転になると振動が発生し易くなる。また、ロールの長大化に伴い、軸を湾曲させる為のフレームや調整ネジ等の部品が大型化し、かつ強力な力が必要となり現実化は困難であった。
【０００７】
特許文献２のベンディングロールでは、ロールの両端から差し込んだ制御軸によりロール全体を曲げる必要がある為に、ロール表面の曲率可変の為には専用の大型設備と強力な力、及びそれを支える強力な部材が必要であった。
【０００８】
特許文献３のベンディングロールは、ロール表面の曲率を変更する機構がロール内部に設置されており、ロール表面の曲率を変更する為にはロールの回転を一旦止める必要がある為に、運転中におけるロール表面の曲率変更は出来なかった。また、曲率を調整する為には周方向複数箇所の可変スペーサー機構を調整する必要があり、ロール表面曲率の調整には高度な技術が要求されるものと推定される。
【０００９】
本発明の目的は、面長１ｍ程度の短いロールから、面長１０ｍ又はそれ以上のロールまでの全てに対応でき、かつ運転中においても簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率を容易に変更することができるロール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明（請求項１）のロール装置は、円筒状のロールシェルと、該ロールシェル内に該ロールシェルと同軸状に配置されたロールシャフトと、該ロールシェル及びロールシャフトの長手方向の中間部分において該ロールシェルとロールシャフトとの間に介在されたつなぎ部材と、該ロールシャフトの両端にそれぞれ設けられたシャフト軸支体と、該シャフト軸支体をシャフト用ベアリングを介して支持するシャフトハウジングと、該ロールシェルの両端にそれぞれ設けられたシェル軸支体と、該シェル軸支体をシェル用ベアリングを介して支持しており、ロールの軸心線と直交方向に移動可能なスライドハウジングと、該スライドハウジングをロールの軸心線方向と直交方向に進退させてロールシェルのベンディング量を調節するための進退装置とを備えてなるものである。
【００１１】
請求項２のロール装置は、請求項１において、前記進退装置は、前記スライドハウジングを前記進退方向に押して移動させるためのアジャスタボルトを備えており、該アジャスタボルトは、前記シェル軸支体を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３のロール装置は、請求項２において、前記スライドハウジングからブラケットが延設されており、前記アジャスタボルトは該ブラケットに螺着され、該アジャスタボルトの先端が前記シャフトハウジングに当接していることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４のロール装置は、請求項１において、前記進退装置はシリンダ装置であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５のロール装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記つなぎ部材は、前記ロールシェル及びロールシャフトと同軸のつなぎパイプであり、該つなぎパイプの外周面がロールシェルの内周面に接着され、該つなぎパイプの内周面がロールシャフトの外周面に接着されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６のロール装置は、請求項５において、前記ロールシャフト、ロールシェル及びつなぎパイプが炭素繊維強化合成樹脂製であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７のロール装置は、請求項６において、ロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が６０〜１６０ＧＰａであり、ロールシャフトを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が１００〜４００ＧＰａであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８のロール装置は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ロールシャフト軸心に対してロールシェル軸心を最大で次の式で計算される量、偏心させることが可能とされていることを特徴とするものである。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００
【発明の効果】
【００１８】
本発明のロール装置は、ロールシェル内にロールシャフトが同軸状に配置され、それらの長手方向の中間部につなぎ部材が介在されている。ロールシェル及びロールシャフトの両端にそれぞれシェル軸支体及びシャフト軸支体が取り付けられており、シェル軸支体がシェル用ベアリングを介してスライドハウジングに支持され、シャフト軸支体がシャフト用ベアリングを介してシャフトハウジングに支持されている。
【００１９】
ロールシェルを支持するスライドハウジングはロールの軸心線と直交方向にスライド可能となっており、進退装置によって該スライドハウジングを該方向に進退させることにより、ロールシェルをベンディングさせ、またスライドハウジングの移動量を調節することにより、ロールシェルのベンディング量を調節することができる。本発明では、ロールが回転しているときでもスライドハウジングを進退させてベンディング量を調節することができる。
【００２０】
本発明のロール装置は、ロール両端に設置された進退装置のみを調整するだけで、従来のベンディングロールに比して、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率を調整でき、かつ１ｍ程度の短いロールから、例えば面長１０ｍというような長大なロールまでの全てに対応できる。例えば、種々のウェブの製造工程や、ウェブ処理工程内に設置される搬送過程で生じるウェブのしわを伸ばす目的で設置されるロール、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で設置されるロール、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で設置されるロールとして採用されることにより、従来以上に高品質（しわ少、空気巻き込み少、傷少等々）なウェブ製品を、高生産性（高速、広幅、高歩留まり）で生産することが可能となる。ロール表面の曲率を各々の運転条件内で適切な量に調整することにより、当該ロールに接触するウェブ全幅に対して均一な張力や接圧をかけることが出来るようになる。
【００２１】
この進退装置としてアジャスタボルトを採用することにより、スライドハウジングを容易にスライドさせることができると共に、スライドハウジングのスライド量を容易に微調節してベンディング量を微調節することができる。
【００２２】
このアジャスタボルトをスライドハウジングから延設されたブラケットに螺着させ、アジャスタボルトの先端をシャフトハウジングに当接させた場合、アジャスタボルトを回転させることにより、アジャスタボルトがシャフトハウジングから反力を得てスライドハウジングが進退する。
【００２３】
なお、進退装置は、アジャスタボルトに限定されるものではなく、空気圧シリンダ装置などのシリンダ装置であってもよい。
【００２４】
前記つなぎ部材としてはつなぎパイプが好適である。ロールシェル、ロールシャフト及びつなぎ部材を炭素繊維強化合成樹脂製とすることにより、ロールが軽量化される。
【００２５】
本発明では、ロールシャフト軸心に対してロールシェル両端部の軸心を０ｍｍ〜最大で下記の式１で表される最大偏心量だけ偏心させることが可能なこと、すなわちロール表面の曲率を０〜最大で下記の式２で表される量だけ可変可能なことが望ましい。
【００２６】
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００・・・式１
曲率［−］＝ロール中央部外径［ｍｍ］／（ロール両端部外径［ｍｍ］−実偏心量［ｍｍ］）・・・式２
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図である。
【図２】ロールシェルのベンディング状態を示す模式的な水平断面図である。
【図３】実施の形態に係るロール装置の詳細な縦断面図である。
【図４】実施の形態に係るロール装置の平面図である。
【図５】実施の形態に係るロール装置の左側面図である。
【図６】別の実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態に係るロール装置について説明する。第１図は実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図、第２図はロールシェルのベンディング状態を示す模式的な水平断面図である。
【００２９】
まず、この第１，２図を参照してロール装置の全体構成について説明する。
【００３０】
このロール装置１０のロール１２は、同軸的なロールシャフト１４及びロールシェル１６と、これらをつなぐつなぎパイプ１８とを備えている。ロールシャフト１４及びロールシェル１６の長手方向の中間部がつなぎパイプ１８で連結されている。つなぎパイプ１８の内周面はロールシャフト１４の外周面に固着され、外周面はロールシェル１６の内周面に固着されている。
【００３１】
ロールシャフト１４の両端にシャフト軸支体２０が取り付けられている。第１図の左側のシャフト軸支体２０には、モータ及び減速ギヤ等よりなる駆動装置（図示略）が連結される駆動装置連結部２０ａが設けられている。このシャフト軸支体２０はシャフト用ベアリング２２及びシャフトハウジング２４を介してベースプレート２６（第１図では図示略。第３〜５図参照）に支持されている。このシャフトハウジング２４はシャフト軸支体２０及びベアリング２２の外周を取り巻いており、また、ベースプレート２６に対し固定設置されている。
【００３２】
ロールシェル１６の両端にシェル軸支体２８が取り付けられており、このシェル軸支体２８がシェル用ベアリング３０、スライドハウジング３２を介してベースプレート２６に支持されている。このスライドハウジング３２は、シェル軸支体２８及びベアリング３０の外周を取り巻いている。このスライドハウジング３２は、ベースプレート２６に対しロール１２の軸心と直交方向（第１図では上下方向、第３図では紙面と垂直方向、第５図では左右方向）にスライド可能に取り付けられている。
【００３３】
シェル軸支体２８を挟んでこのスライドハウジング３２の両側からブラケット３４が突設され、該ブラケット３４に設けられた雌螺子孔３４ａにアジャスタボルト３６が螺合している。ブラケット３４，３４は、シェル軸支体２８を挟んで反対側に、かつ同一高さに設けられている。
【００３４】
アジャスタボルト３６，３６は水平一直線上に位置しており、各アジャスタボルト３６，３６の先端はシャフトハウジング２４の側面に当接している。各アジャスタボルト３６にはロックナット３８が螺合している。
【００３５】
各アジャスタボルト３６のうち第５図の左側のアジャスタボルト３６ａ，３６ｂを回して左側のブラケット３４をシャフトハウジング２４に向かって（第５図の右方に）移動させ、第５図の右側のアジャスタボルト３６ｃ，３６ｄを回して右側のブラケット３４を右方に移動させると、各スライドハウジング３２，３２が第１図の下方に（第５図では右方に）移動する。ロールシェル１６の長手方向の中央部にあっては、ロールシェル１６とロールシャフト１４との間につなぎパイプ１８が存在するが、それ以外ではロールシェル１６とロールシャフト１４との間は空隙部となっているので、このようにスライドハウジング３２，３２を第１図の下方に移動させることにより、第２図のようにロールシェル１６が第２図において上に凸となるように湾曲（ベンディング）する。なお、スライドハウジング３２，３２を逆方向に移動させると、ロールシェル１６は第２図において下に凸となるように湾曲する。
【００３６】
この実施の形態では、アジャスタボルト３６は各ハウジング２４，３２外に位置しており、ロール１２が回転しているときでもアジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２を移動させ、ロールシェル１６の湾曲の曲率を調節することができる。
【００３７】
なお、当然ながらアジャスタボルト３６を回すときにはロックナット３８を必要に応じ緩めておき、ロールシェル１６の曲率調節終了後にはロックナット３８を締める。
【００３８】
次に、第３図〜第５図を参照して、このロール装置の細部構成について説明する。
【００３９】
シャフト軸支体２０は、ロールシャフト１４の両端に内嵌し固着された短い略円筒状の軸本体取り付け用ボス４０と、該ボス４０にボルトによって連結された軸本体４２とを備えている。
【００４０】
軸本体４２は、基軸部と、該基軸部の一端から拡開するフランジ部とを備えており、このフランジ部の外周縁部に前記軸本体取り付け用ボス４０がボルトによって連結されている。
【００４１】
ロール１２の第１，３，４図における左側の軸本体４２にあっては、基軸部の他端に前記駆動装置連結部２０ａが設けられている。
【００４２】
シェル軸支体２８は、ロールシェル１６の両端に内嵌し固着された短い略円筒状のつば取り付け用ボス４４と、該ボス４４にボルトによって連結されたつば４６とを備えている。つば４６は円筒状の基軸部と、該基軸部の一端側から拡開するフランジ部とを有しており、該フランジ部の外周縁部が前記つば取り付け用ボス４４にボルトによって固定されている。該つば４６の円筒状の基軸部の内孔に軸本体４２の基軸部が内挿されている。軸本体４２の基軸部外周面とつば４６の基軸部内周面との間には所定の間隙があいている。軸本体４２は、つば４６の内孔を通って外方に延出している。
【００４３】
軸本体４２の基軸部がベアリング２２を介してシャフトハウジング２４に支持されている。該シャフトハウジング２４の下部から突設された取付座部２４ａがボルト５０によってベースプレート２６に固定されている。
【００４４】
つば４６の基軸部がベアリング３０を介してスライドハウジング３２に支持されている。スライドハウジング３２は、ベースプレート２６に設けられたキー溝５２（第３図）に対しキー５４を介して係合している。このキー溝５２は、ロール１２の軸心線と直交方向に延在している。スライドハウジング３２は、その下部から突設された取付座部３２ａがボルト５６によってベースプレート２６に固定されている。ボルト５６を緩めることにより、スライドハウジング３２がキー溝５２に沿ってスライド可能となり、ボルト５６を締め込むことによりスライドハウジング３２がベースプレート２６に固定される。
【００４５】
なお、シャフトハウジング２４には、スライドハウジング３２の上側へ張り出す張出部２４ｂが設けられている。
【００４６】
以下、ロール装置１０の長所、好適な構成材料、寸法、その他の態様等について説明する。
【００４７】
この実施の形態のロール装置１０では、ロールシャフト１４とロールシェル１６をつなぎパイプ１８を介して接着接合することにより、ロール装置１０の内奥部でロールシャフト１４とロールシェル１６をボルトで締結する等の複雑な作業が不要となる。また、ロールシェル１６の両端にロール表面曲率可変機構（進退装置）を設けてあるので、ロール表面曲率を変化させる時にロールを装置から一旦取り出す等の繁雑な作業が必要なく、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率半径を調整することが可能である。
【００４８】
つなぎパイプ１８の長さは、ロール使用条件毎に設定されるので特に限定されないが、通常はロールシェル面長の１／２５から１／１．１の範囲の長さ、好ましくは１／２０から１／２、更に好ましくは１／２０から１／３である。ロール面長の１／２５の長さより短いとロール面に当たる全圧力が当該部分に集中し、破損の原因となることが考えられる。またロール面長の１／１．１より長いとロール端部のロール表面曲率可変機構の効果が小さくなることがある。また、つなぎパイプ１８の位置についてもロール使用条件毎に設定されるので特に限定されないが、通常はロール軸方向中央につなぎパイプ中央が左右対称になるように配置されることが好ましい。ロール軸中央部にはつなぎパイプを配置せず、二つのつなぎパイプを中央対称の位置に設置してもよい。また、ロール表面を左右非対称にベンディングさせる目的で本ロールを用いる場合は、設計に応じてつなぎパイプの位置を中央対称位置からずらして配置してもよい。
【００４９】
本発明のロールは、ロールシャフト１４の軸心に対してロールシェル１６の両端部の軸心を最大で次の式１計算される量、偏心させることが出来るように構成することが好ましい。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００・・・式１
【００５０】
本発明では、ロールシャフト軸心に対してロールシェル両端部の軸心を偏心させることが出来る進退装置を採用したことにより、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率半径を調整することが可能である。最大偏心量については、可変範囲が大きい方がロール性能上は自由度が広まり好ましいが、その為にはロールシェルとロールシャフト間の距離を大きく取る必要があり、かつ偏心させる為に強力な力が必要となる。そのため、最大偏心量は式１で計算される量あれば充分であり、ロール製造面、実用面から考慮すると次の式３で計算される量であることが好ましい。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷８００・・・式３
【００５１】
本発明のロールのロール表面曲率可変機構として採用される進退装置は、ロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリングをロールシャフトを回転させるベアリングに対して偏心させることにより、ロールシェル両端部の軸心をロールシャフト軸心に対して偏心させるものである。
【００５２】
進退装置でロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリング３０をロールシャフト軸心に対して偏心させることにより、ロールシャフトとロールシェルがつなぎパイプを介して一体化された二重管構造のロールのロールシェルに曲げの力が働き、ロール表面をベンディングさせること、すなわち曲率を付与することが可能である。
【００５３】
進退装置の機構についてはロール使用条件、及び周辺環境等を考慮して設定されるので特に限定されないが、例えば、ロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリングの外輪にリングを嵌めて空気圧シリンダ装置又は油圧シリンダ装置などのシリンダ装置で押す機構や、同ベアリングのハウジング全体を位置決めボルトにより移動させ偏心量を調整する等の機構などがある。上記実施の形態では、後者を採用し、位置決めボルトとしてアジャスタボルト３６を用いている。
【００５４】
第６図は、進退装置として空気圧シリンダ装置７０を用いた実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図であり、前記第１図と同様部分の断面構成を示している。
【００５５】
この実施の形態では、スライドハウジング３２のブラケット３４及びアジャスタボルト３６が省略され、代わりに空気圧シリンダ装置７０によってスライドハウジング３２が進退される。空気圧シリンダ装置７０は、シリンダ７２と、該シリンダ７２内のピストン７４と、該ピストン７４に連なるピストンロッド７６とを備えている。シリンダ７２はベースプレート２６（第６図では図示略）に固定されている。ピストンロッド７６の先端は、アタッチメント７８を介してスライドハウジング３２の側面に連結されている。この空気圧シリンダ装置７０は復動式のものであり、シリンダ７２内のヘッドエンド側に空気圧をかけることによりピストンロッド７６が前進し、シリンダ７２内のロッドエンド側に空気圧をかけることによりピストンロッド７６が後退する。このようにピストンロッド７６を突出又は後退させることにより、ロールシェル１６のベンディング量を調節することができる。なお、スライドハウジング３２はシェル用ベアリング３０の外輪に嵌めたリングにて構成されてもよい。
【００５６】
ロールシェルは炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ、以下、ＣＦＲＰと称する）で構成されることが好ましい。
【００５７】
ＣＦＲＰは、使用する炭素繊維の種類やその積層方向を制御することにより、金属のアルミニウムのヤング率６９ＧＰａを下回る低ヤング率から、鉄のヤング率２０６ＧＰａを上回る高ヤング率までヤング率を制御できる。
【００５８】
ロールシェル１６を金属製にすると、重量が大きくなりロール全体が重くなってしまうこと、及びロールシェル１６の自重たわみが増えてしまいロールシェルの曲率に影響を与え、曲率の調整が困難になること等の懸念があるが、ロールシェル１６を軽量なＣＦＲＰにすることにより、これらの問題を改善することが出来て好ましい。なお、ＣＦＲＰよりなるロールシェル１６と金属製のつば取り付け用ボス４４をボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなる。そこで、ボス４４はロール１６に対し接着されることが好ましい。
【００５９】
ロールシェル１６を構成するにＣＦＲＰは、そのヤング率が６０〜１６０ＧＰａ、特に６０〜１００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。このようにヤング率が小さいＣＦＲＰにてロールシェル１６を構成することにより、ロールシェル１６をベンディングさせるのに要する力が小さくて足りるようになる。なお、ヤング率が６０ＧＰａより低いと自重たわみが増えてしまい、曲率調整が困難になることがある。またヤング率が１６０ＧＰａより高いとロール表面に曲率を与える為に必要な力が過大になることがある。
【００６０】
ロールシャフト１４も、ＣＦＲＰ製とされ、これに対し金属製の軸取り付け用ボス４０を接着して一体化し、該ボス４０に金属製の軸本体４２を連結した構造であることが好ましい。
【００６１】
ロールシャフトを１４を金属製にすると、重量が大きくなりロール全体が重くなってしまう。また、ロールシャフトの自重たわみが増えてロール全体のたわみが大きくなると共に、ロールシャフトを支えるベアリングの負荷が上昇し寿命が短くなってしまう等の懸念があるが、ロールシャフトを軽量なＣＦＲＰにすることにより、これらの問題を改善することが出来る。なお、ＣＦＲＰ製のロールシャフト１４と金属製の軸取り付け用ボス４０をボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなるので好ましくない。ロールシャフト１４に対し金属製軸取り付け用ボス４０を接着した場合は、軸本体４２は軸取り付け用ボス４０にボルト等を用いて締結するのが好ましい。
【００６２】
ロールシャフト１４の両端には、ロールシェル端部のつば部に力をかけてロールシェルをベンディングさせる際にその反力が生じる。ロールシャフト１４のヤング率が低いと、ロールシェル１６をベンディングさせる際にロールシャフト１４がたわんでしまい好ましくない。そのため、ロールシャフト１４を構成するＣＦＲＰのヤング率はロールシェル１４のＣＦＲＰのヤング率よりも大きく、かつ、１００〜４００ＧＰａ、特に１６０〜４００ＧＰａ、とりわけ２４０〜４００ＧＰａであることが好ましい。ヤング率が１００ＧＰａより低いとロールシャフトのたわみが増えてしまい、曲率調整が困難になることから好ましくない。またヤング率が４００ＧＰａより高いと設計上は好ましいが、使用する炭素繊維のグレードが高くなり非常に高価になってしまうので現実的ではない。
【００６３】
ロールシェル１４とロールシャフト１６を接続するつなぎパイプ１８もＣＦＲＰ製であることが好ましい。この場合、当該つなぎパイプ１８の外周面にロールシェル１６を接着し、内周面にロールシャフト１４を接着接合して、一体化させるのが好ましい。つなぎパイプとロールシェル及びロールシャフトとを、ボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなるので好ましくない。
【００６４】
つなぎパイプを金属製にすると、ロールセンターに近いロール中央部に重量が大きなつなぎパイプが設置される為に、ロール全体が重くなってしまうこと、及びロールシャフトの自重たわみが増えてしまう等の懸念があるが、つなぎパイプを軽量なＣＦＲＰ製にすることにより、これらの問題を改善することが出来る。
【実施例】
【００６５】
[実施例１]
三菱樹脂製の炭素繊維プリプレグＨｙＥＪ３４Ｍ６５ＰＤＨＸ１、ＨｙＥＪ１７ＨＸ１、ＨｙＥＪ２５ＨＸ１を使用して、シートワインディング法にてロールシェル用、ロールシャフト用及びつなぎパイプ用の３種類のＣＦＲＰパイプを製造した。ＣＦＲＰパイプのヤング率はロールシェル用が８０ＧＰａ、ロールシャフト用が２４０ＧＰａ、つなぎパイプ用が２１０ＧＰａであった。
【００６６】
それぞれのＣＦＲＰパイプについて長さ決め、外径粗研磨を行った後に、まずロールシェル１６の内面かつ軸方向中央部につなぎパイプ１８の外周面を接着した。つなぎパイプ１８の長さは一つが３００mmであり、ロール面長２７００mmに対するつなぎパイプの長さは３００／２７００＝１１．１％であり、面長の約１／９の長さであった。次にロールシェル１６の両端にＳ４５Ｃ製つば取り付け用ボス４４を接着し、そこにＳ４５Ｃ製つば４６をボルト接合により締結した。全体を研磨し精度出しをした後に、ロールシェル１６の表面にゴムライニング（ＮＢＲ、硬度ＪＩＳ７０°）を施し、さらに金属製つば４６基準で研磨しロール表面の精度出しを行った。
【００６７】
ロールシャフト１４については、まずロールシャフト１４の両端にＳ４５Ｃ製軸取り付け用ボス４０を接着し、そこにＳ４５Ｃ製軸本体４２をボルトで締結した。次にロールシャフト全体を研磨し精度出しを行った。その後、Ｓ４５Ｃ製つば４６を取り外したロールシェル１６に、ロールシャフト１４を挿入し、ロールシャフト１４の外面かつ軸方向中央部につなぎパイプ１８の内周面を接着した。最後にＳ４５Ｃ製つば４６を再度、ボルトによりＳ４５Ｃ製つば取り付け用ボス４４に締結し、すべてを一体化した。
【００６８】
つば４６にロールシェル用ベアリング３０を取り付け、スライドハウジング３２にセットした。次に、ロールシャフト１４をシャフトハウジング２４にセットしロールシャフト用ベアリング２２を軸本体４２に組み込んだ。続いてスライドハウジング３２とシャフトハウジング２４をベースプレート１２に載せ、ボルト５０，５６で連結した。
【００６９】
アジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２をスライドさせることによりロール表面の曲率を変更したところ、ベアリング２２に対してベアリング３０を最大３ｍｍ偏心させることが出来た。これは面長２７００ｍｍのロールについて計算で求めた最大偏心量：２７００ｍｍ／５００＝５．４ｍｍの範囲に入っていた。また、ロール面長に対し曲率は中央外径２１０mm／（端部外径２１０mm−３ｍｍ）＝１．０１であった。
【００７０】
完成したφ２１０ｍｍ×面長２７００ｍｍのロールについて、ロール表面をアジャスタボルト３６により最大量（偏心３ｍｍ）ベンディングさせた状態で、最大１８１９ｒｐｍ（１２００ｍ／ｍｉｎ）まで回転させたが、ロール中央での動フレは０．０３ｍｍと小さいものであり非常に良好なものであった。
【００７１】
このロールをＰＥＴフィルムのスリッターのコンタクトロールとしてセットし、フィルム幅を変えながら巻き取りフィルムロール（この言うフィルムロールとは例えば紙管の上に巻き取られたフィルムの固まりのことである。回転して巻き取りフィルムにコンタクトしたり、フィルムを搬送したりするロールとは異なる。）の性状を観察した。その結果、最適なロール曲率に設定することにより、フィルム幅１０００ｍｍから２４００ｍｍまで全ての幅において、空気の侵入が抑えられ密に巻かれた良好な巻き取りフィルムロールを得ることが出来た。
【００７２】
[比較例１]
比較例として、２４００ｍｍ幅の巻き取り時に、同サイズ、同表面ゴム仕様のストレートタイプのコンタクトロールを用いた。このストレートタイプのロールでは、フィルム中央部でロールのたわみに起因する接圧の低さによる巻き取りフィルム内への空気の侵入があり、良好な巻き取りフィルムロールを得ることが出来なかった。
【符号の説明】
【００７３】
１０ ロール装置
１２ ロール
１４ ロールシャフト
１６ ロールシェル
１８ つなぎパイプ
２０ シャフト軸支体
２２ シャフト用ベアリング
２４ シャフトハウジング
２６ ベースプレート
２８ シェル軸支体
３０ シェル用ベアリング
３２ スライドハウジング
３４ ブラケット
３６ アジャスタボルト
３８ ロックナット
４０ ボス
４２ 軸本体
４４ ボス
４６ つば
７０ シリンダ装置
７６ ピストンロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロール装置に係り、特にロールがベンディング可能となっているロール装置に係る。詳しくは、本発明は、プラスチックスフィルムや紙、金属箔（以後、特に限定しない限りウェブと総称する）を製造する工程や、それらのウェブ基材にコーティング、蒸着等の表面処理やラミネーティングを施す工程（以後、特に限定において、ウェブのしわ伸ばしの目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にエキスパンダーロールと呼ばれる）、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にタッチロール、コンタクトロールと呼ばれる）、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で製造工程内に設置されるロール（一般的にニップロールやピンチロールと呼ばれる）等に好適なロール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々のウェブの製造工程や、それらのウェブ基材にコーティング、蒸着等の表面処理やラミネーティングを施す工程（以後、ウェブ処理工程と記載する）内には、種々の目的で各種ロールが配置されている。通常の搬送目的等に用いられるロールはストレート形状が一般的であるが、搬送過程で生じるウェブのしわを伸ばす目的で設置されるロール、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で設置されるロール、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で設置されるロールとして、ロール軸心線を含む平面内において湾曲させることが可能なベンディングロールが用いられることがある。
【０００３】
ロールのベンディングの曲率を変更させる機構として、特許文献１には、湾曲可能な軸の表面に軸受けを介してロール外套を設置し、軸を湾曲させることによりロール外套表面の曲率を変化させる機構が記載されている。特許文献２には、コンタクトロールの両サイドから軸受けを介して制御軸を差し込み、制御軸端部を押すことにより制御軸の角度を変え、それによってコンタクトロール表面の曲率を変化させる機構が記載されている。特許文献３には、円筒状の外筒部材（ロールシェル）と中心軸をロール中央部において外筒部材の内周面に固定装着されたリング部材と中心軸の外周面に固定装着されたリング部材をボルトにより締結し、ロール内部両端部に設けた周方向複数箇所に可変スペーサー機構によりその機構の外側、内側に設置された軸受けの相対位置を変化させて外筒部材表面の曲率を変化させる機構が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５２７３３５
【特許文献２】特開平５−１７８５０５
【特許文献３】特開２００７−１１３６８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、例えばフィルム製造ラインではフィルム幅が９ｍ、製紙ラインでは紙幅が１０ｍにも達しており、それに合わせてロール面長が長大化している。また、同じ製造ラインで多品種生産が要求され頻度の高いロール表面の曲率の調整が要求されている。
【０００６】
特許文献１のベンディングロールは、湾曲した軸上で軸受けが回転する為に軸受け抵抗が増え、フィルムに過度の張力を与えることになる上、軸受け寿命が短くなり、多頻度でのメンテナンスが要求されるという問題があった。また、高速回転になると振動が発生し易くなる。また、ロールの長大化に伴い、軸を湾曲させる為のフレームや調整ネジ等の部品が大型化し、かつ強力な力が必要となり現実化は困難であった。
【０００７】
特許文献２のベンディングロールでは、ロールの両端から差し込んだ制御軸によりロール全体を曲げる必要がある為に、ロール表面の曲率可変の為には専用の大型設備と強力な力、及びそれを支える強力な部材が必要であった。
【０００８】
特許文献３のベンディングロールは、ロール表面の曲率を変更する機構がロール内部に設置されており、ロール表面の曲率を変更する為にはロールの回転を一旦止める必要がある為に、運転中におけるロール表面の曲率変更は出来なかった。また、曲率を調整する為には周方向複数箇所の可変スペーサー機構を調整する必要があり、ロール表面曲率の調整には高度な技術が要求されるものと推定される。
【０００９】
本発明の目的は、面長１ｍ程度の短いロールから、面長１０ｍ又はそれ以上のロールまでの全てに対応でき、かつ運転中においても簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率を容易に変更することができるロール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明（請求項１）のロール装置は、円筒状のロールシェルと、該ロールシェル内に該ロールシェルと同軸状に配置されたロールシャフトと、該ロールシェル及びロールシャフトの長手方向の中間部分において該ロールシェルとロールシャフトとの間に介在されたつなぎ部材と、該ロールシャフトの両端にそれぞれ設けられたシャフト軸支体と、該シャフト軸支体をシャフト用ベアリングを介して支持するシャフトハウジングと、該ロールシェルの両端にそれぞれ設けられたシェル軸支体と、該シェル軸支体をシェル用ベアリングを介して支持しており、ロールの軸心線と直交方向に移動可能なスライドハウジングと、該スライドハウジングをロールの軸心線方向と直交方向に進退させてロールシェルのベンディング量を調節するための進退装置とを備えてなるものである。
【００１１】
請求項２のロール装置は、請求項１において、前記進退装置は、前記スライドハウジングを前記進退方向に押して移動させるためのアジャスタボルトを備えており、該アジャスタボルトは、前記シェル軸支体を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３のロール装置は、請求項２において、前記スライドハウジングからブラケットが延設されており、前記アジャスタボルトは該ブラケットに螺着され、該アジャスタボルトの先端が前記シャフトハウジングに当接していることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４のロール装置は、請求項１において、前記進退装置はシリンダ装置であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５のロール装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記つなぎ部材は、前記ロールシェル及びロールシャフトと同軸のつなぎパイプであり、該つなぎパイプの外周面がロールシェルの内周面に接着され、該つなぎパイプの内周面がロールシャフトの外周面に接着されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６のロール装置は、請求項５において、前記ロールシャフト、ロールシェル及びつなぎパイプが炭素繊維強化合成樹脂製であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７のロール装置は、請求項６において、ロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が６０〜１６０ＧＰａであり、ロールシャフトを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が１００〜４００ＧＰａであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８のロール装置は、請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ロールシャフト軸心に対してロールシェル軸心を最大で次の式で計算される量、偏心させることが可能とされていることを特徴とするものである。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００
【発明の効果】
【００１８】
本発明のロール装置は、ロールシェル内にロールシャフトが同軸状に配置され、それらの長手方向の中間部につなぎ部材が介在されている。ロールシェル及びロールシャフトの両端にそれぞれシェル軸支体及びシャフト軸支体が取り付けられており、シェル軸支体がシェル用ベアリングを介してスライドハウジングに支持され、シャフト軸支体がシャフト用ベアリングを介してシャフトハウジングに支持されている。
【００１９】
ロールシェルを支持するスライドハウジングはロールの軸心線と直交方向にスライド可能となっており、進退装置によって該スライドハウジングを該方向に進退させることにより、ロールシェルをベンディングさせ、またスライドハウジングの移動量を調節することにより、ロールシェルのベンディング量を調節することができる。本発明では、ロールが回転しているときでもスライドハウジングを進退させてベンディング量を調節することができる。
【００２０】
本発明のロール装置は、ロール両端に設置された進退装置のみを調整するだけで、従来のベンディングロールに比して、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率を調整でき、かつ１ｍ程度の短いロールから、例えば面長１０ｍというような長大なロールまでの全てに対応できる。例えば、種々のウェブの製造工程や、ウェブ処理工程内に設置される搬送過程で生じるウェブのしわを伸ばす目的で設置されるロール、ウェブ巻き取り時の外周空気の巻き込みを防ぐ目的で設置されるロール、及びウェブを挟み込んでウェブに駆動力を与えたり、テンションカットしたり、複数のウェブを接着したりする目的で設置されるロールとして採用されることにより、従来以上に高品質（しわ少、空気巻き込み少、傷少等々）なウェブ製品を、高生産性（高速、広幅、高歩留まり）で生産することが可能となる。ロール表面の曲率を各々の運転条件内で適切な量に調整することにより、当該ロールに接触するウェブ全幅に対して均一な張力や接圧をかけることが出来るようになる。
【００２１】
この進退装置としてアジャスタボルトを採用することにより、スライドハウジングを容易にスライドさせることができると共に、スライドハウジングのスライド量を容易に微調節してベンディング量を微調節することができる。
【００２２】
このアジャスタボルトをスライドハウジングから延設されたブラケットに螺着させ、アジャスタボルトの先端をシャフトハウジングに当接させた場合、アジャスタボルトを回転させることにより、アジャスタボルトがシャフトハウジングから反力を得てスライドハウジングが進退する。
【００２３】
なお、進退装置は、アジャスタボルトに限定されるものではなく、空気圧シリンダ装置などのシリンダ装置であってもよい。
【００２４】
前記つなぎ部材としてはつなぎパイプが好適である。ロールシェル、ロールシャフト及びつなぎ部材を炭素繊維強化合成樹脂製とすることにより、ロールが軽量化される。
【００２５】
本発明では、ロールシャフト軸心に対してロールシェル両端部の軸心を０ｍｍ〜最大で下記の式１で表される最大偏心量だけ偏心させることが可能なこと、すなわちロール表面の曲率を０〜最大で下記の式２で表される量だけ可変可能なことが望ましい。
【００２６】
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００・・・式１
曲率［−］＝ロール中央部外径［ｍｍ］／（ロール両端部外径［ｍｍ］−実偏心量［ｍｍ］）・・・式２
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図である。
【図２】ロールシェルのベンディング状態を示す模式的な水平断面図である。
【図３】実施の形態に係るロール装置の詳細な縦断面図である。
【図４】実施の形態に係るロール装置の平面図である。
【図５】実施の形態に係るロール装置の左側面図である。
【図６】別の実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して実施の形態に係るロール装置について説明する。第１図は実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図、第２図はロールシェルのベンディング状態を示す模式的な水平断面図である。
【００２９】
まず、この第１，２図を参照してロール装置の全体構成について説明する。
【００３０】
このロール装置１０のロール１２は、同軸的なロールシャフト１４及びロールシェル１６と、これらをつなぐつなぎパイプ１８とを備えている。ロールシャフト１４及びロールシェル１６の長手方向の中間部がつなぎパイプ１８で連結されている。つなぎパイプ１８の内周面はロールシャフト１４の外周面に固着され、外周面はロールシェル１６の内周面に固着されている。
【００３１】
ロールシャフト１４の両端にシャフト軸支体２０が取り付けられている。第１図の左側のシャフト軸支体２０には、モータ及び減速ギヤ等よりなる駆動装置（図示略）が連結される駆動装置連結部２０ａが設けられている。このシャフト軸支体２０はシャフト用ベアリング２２及びシャフトハウジング２４を介してベースプレート２６（第１図では図示略。第３〜５図参照）に支持されている。このシャフトハウジング２４はシャフト軸支体２０及びベアリング２２の外周を取り巻いており、また、ベースプレート２６に対し固定設置されている。
【００３２】
ロールシェル１６の両端にシェル軸支体２８が取り付けられており、このシェル軸支体２８がシェル用ベアリング３０、スライドハウジング３２を介してベースプレート２６に支持されている。このスライドハウジング３２は、シェル軸支体２８及びベアリング３０の外周を取り巻いている。このスライドハウジング３２は、ベースプレート２６に対しロール１２の軸心と直交方向（第１図では上下方向、第３図では紙面と垂直方向、第５図では左右方向）にスライド可能に取り付けられている。
【００３３】
シェル軸支体２８を挟んでこのスライドハウジング３２の両側からブラケット３４が突設され、該ブラケット３４に設けられた雌螺子孔３４ａにアジャスタボルト３６が螺合している。ブラケット３４，３４は、シェル軸支体２８を挟んで反対側に、かつ同一高さに設けられている。
【００３４】
アジャスタボルト３６，３６は水平一直線上に位置しており、各アジャスタボルト３６，３６の先端はシャフトハウジング２４の側面に当接している。各アジャスタボルト３６にはロックナット３８が螺合している。
【００３５】
各アジャスタボルト３６のうち第５図の左側のアジャスタボルト３６ａ，３６ｂを回して左側のブラケット３４をシャフトハウジング２４に向かって（第５図の右方に）移動させ、第５図の右側のアジャスタボルト３６ｃ，３６ｄを回して右側のブラケット３４を右方に移動させると、各スライドハウジング３２，３２が第１図の下方に（第５図では右方に）移動する。ロールシェル１６の長手方向の中央部にあっては、ロールシェル１６とロールシャフト１４との間につなぎパイプ１８が存在するが、それ以外ではロールシェル１６とロールシャフト１４との間は空隙部となっているので、このようにスライドハウジング３２，３２を第１図の下方に移動させることにより、第２図のようにロールシェル１６が第２図において上に凸となるように湾曲（ベンディング）する。なお、スライドハウジング３２，３２を逆方向に移動させると、ロールシェル１６は第２図において下に凸となるように湾曲する。
【００３６】
この実施の形態では、アジャスタボルト３６は各ハウジング２４，３２外に位置しており、ロール１２が回転しているときでもアジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２を移動させ、ロールシェル１６の湾曲の曲率を調節することができる。
【００３７】
なお、当然ながらアジャスタボルト３６を回すときにはロックナット３８を必要に応じ緩めておき、ロールシェル１６の曲率調節終了後にはロックナット３８を締める。
【００３８】
次に、第３図〜第５図を参照して、このロール装置の細部構成について説明する。
【００３９】
シャフト軸支体２０は、ロールシャフト１４の両端に内嵌し固着された短い略円筒状の軸本体取り付け用ボス４０と、該ボス４０にボルトによって連結された軸本体４２とを備えている。
【００４０】
軸本体４２は、基軸部と、該基軸部の一端から拡開するフランジ部とを備えており、このフランジ部の外周縁部に前記軸本体取り付け用ボス４０がボルトによって連結されている。
【００４１】
ロール１２の第１，３，４図における左側の軸本体４２にあっては、基軸部の他端に前記駆動装置連結部２０ａが設けられている。
【００４２】
シェル軸支体２８は、ロールシェル１６の両端に内嵌し固着された短い略円筒状のつば取り付け用ボス４４と、該ボス４４にボルトによって連結されたつば４６とを備えている。つば４６は円筒状の基軸部と、該基軸部の一端側から拡開するフランジ部とを有しており、該フランジ部の外周縁部が前記つば取り付け用ボス４４にボルトによって固定されている。該つば４６の円筒状の基軸部の内孔に軸本体４２の基軸部が内挿されている。軸本体４２の基軸部外周面とつば４６の基軸部内周面との間には所定の間隙があいている。軸本体４２は、つば４６の内孔を通って外方に延出している。
【００４３】
軸本体４２の基軸部がベアリング２２を介してシャフトハウジング２４に支持されている。該シャフトハウジング２４の下部から突設された取付座部２４ａがボルト５０によってベースプレート２６に固定されている。
【００４４】
つば４６の基軸部がベアリング３０を介してスライドハウジング３２に支持されている。スライドハウジング３２は、ベースプレート２６に設けられたキー溝５２（第３図）に対しキー５４を介して係合している。このキー溝５２は、ロール１２の軸心線と直交方向に延在している。スライドハウジング３２は、その下部から突設された取付座部３２ａがボルト５６によってベースプレート２６に固定されている。ボルト５６を緩めることにより、スライドハウジング３２がキー溝５２に沿ってスライド可能となり、ボルト５６を締め込むことによりスライドハウジング３２がベースプレート２６に固定される。
【００４５】
なお、シャフトハウジング２４には、スライドハウジング３２の上側へ張り出す張出部２４ｂが設けられている。
【００４６】
以下、ロール装置１０の長所、好適な構成材料、寸法、その他の態様等について説明する。
【００４７】
この実施の形態のロール装置１０では、ロールシャフト１４とロールシェル１６をつなぎパイプ１８を介して接着接合することにより、ロール装置１０の内奥部でロールシャフト１４とロールシェル１６をボルトで締結する等の複雑な作業が不要となる。また、ロールシェル１６の両端にロール表面曲率可変機構（進退装置）を設けてあるので、ロール表面曲率を変化させる時にロールを装置から一旦取り出す等の繁雑な作業が必要なく、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率半径を調整することが可能である。
【００４８】
つなぎパイプ１８の長さは、ロール使用条件毎に設定されるので特に限定されないが、通常はロールシェル面長の１／２５から１／１．１の範囲の長さ、好ましくは１／２０から１／２、更に好ましくは１／２０から１／３である。ロール面長の１／２５の長さより短いとロール面に当たる全圧力が当該部分に集中し、破損の原因となることが考えられる。またロール面長の１／１．１より長いとロール端部のロール表面曲率可変機構の効果が小さくなることがある。また、つなぎパイプ１８の位置についてもロール使用条件毎に設定されるので特に限定されないが、通常はロール軸方向中央につなぎパイプ中央が左右対称になるように配置されることが好ましい。ロール軸中央部にはつなぎパイプを配置せず、二つのつなぎパイプを中央対称の位置に設置してもよい。また、ロール表面を左右非対称にベンディングさせる目的で本ロールを用いる場合は、設計に応じてつなぎパイプの位置を中央対称位置からずらして配置してもよい。
【００４９】
本発明のロールは、ロールシャフト１４の軸心に対してロールシェル１６の両端部の軸心を最大で次の式１計算される量、偏心させることが出来るように構成することが好ましい。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００・・・式１
【００５０】
本発明では、ロールシャフト軸心に対してロールシェル両端部の軸心を偏心させることが出来る進退装置を採用したことにより、簡便・簡単・迅速にロール表面の曲率半径を調整することが可能である。最大偏心量については、可変範囲が大きい方がロール性能上は自由度が広まり好ましいが、その為にはロールシェルとロールシャフト間の距離を大きく取る必要があり、かつ偏心させる為に強力な力が必要となる。そのため、最大偏心量は式１で計算される量あれば充分であり、ロール製造面、実用面から考慮すると次の式３で計算される量であることが好ましい。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷８００・・・式３
【００５１】
本発明のロールのロール表面曲率可変機構として採用される進退装置は、ロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリングをロールシャフトを回転させるベアリングに対して偏心させることにより、ロールシェル両端部の軸心をロールシャフト軸心に対して偏心させるものである。
【００５２】
進退装置でロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリング３０をロールシャフト軸心に対して偏心させることにより、ロールシャフトとロールシェルがつなぎパイプを介して一体化された二重管構造のロールのロールシェルに曲げの力が働き、ロール表面をベンディングさせること、すなわち曲率を付与することが可能である。
【００５３】
進退装置の機構についてはロール使用条件、及び周辺環境等を考慮して設定されるので特に限定されないが、例えば、ロールシェル端部のつば部に取り付けたベアリングの外輪にリングを嵌めて空気圧シリンダ装置又は油圧シリンダ装置などのシリンダ装置で押す機構や、同ベアリングのハウジング全体を位置決めボルトにより移動させ偏心量を調整する等の機構などがある。上記実施の形態では、後者を採用し、位置決めボルトとしてアジャスタボルト３６を用いている。
【００５４】
第６図は、進退装置として空気圧シリンダ装置７０を用いた実施の形態に係るロール装置の概略的な水平断面図であり、前記第１図と同様部分の断面構成を示している。
【００５５】
この実施の形態では、スライドハウジング３２のブラケット３４及びアジャスタボルト３６が省略され、代わりに空気圧シリンダ装置７０によってスライドハウジング３２が進退される。空気圧シリンダ装置７０は、シリンダ７２と、該シリンダ７２内のピストン７４と、該ピストン７４に連なるピストンロッド７６とを備えている。シリンダ７２はベースプレート２６（第６図では図示略）に固定されている。ピストンロッド７６の先端は、アタッチメント７８を介してスライドハウジング３２の側面に連結されている。この空気圧シリンダ装置７０は復動式のものであり、シリンダ７２内のヘッドエンド側に空気圧をかけることによりピストンロッド７６が前進し、シリンダ７２内のロッドエンド側に空気圧をかけることによりピストンロッド７６が後退する。このようにピストンロッド７６を突出又は後退させることにより、ロールシェル１６のベンディング量を調節することができる。なお、スライドハウジング３２はシェル用ベアリング３０の外輪に嵌めたリングにて構成されてもよい。
【００５６】
ロールシェルは炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ、以下、ＣＦＲＰと称する）で構成されることが好ましい。
【００５７】
ＣＦＲＰは、使用する炭素繊維の種類やその積層方向を制御することにより、金属のアルミニウムのヤング率６９ＧＰａを下回る低ヤング率から、鉄のヤング率２０６ＧＰａを上回る高ヤング率までヤング率を制御できる。
【００５８】
ロールシェル１６を金属製にすると、重量が大きくなりロール全体が重くなってしまうこと、及びロールシェル１６の自重たわみが増えてしまいロールシェルの曲率に影響を与え、曲率の調整が困難になること等の懸念があるが、ロールシェル１６を軽量なＣＦＲＰにすることにより、これらの問題を改善することが出来て好ましい。なお、ＣＦＲＰよりなるロールシェル１６と金属製のつば取り付け用ボス４４をボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなる。そこで、ボス４４はロール１６に対し接着されることが好ましい。
【００５９】
ロールシェル１６を構成するにＣＦＲＰは、そのヤング率が６０〜１６０ＧＰａ、特に６０〜１００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。このようにヤング率が小さいＣＦＲＰにてロールシェル１６を構成することにより、ロールシェル１６をベンディングさせるのに要する力が小さくて足りるようになる。なお、ヤング率が６０ＧＰａより低いと自重たわみが増えてしまい、曲率調整が困難になることがある。またヤング率が１６０ＧＰａより高いとロール表面に曲率を与える為に必要な力が過大になることがある。
【００６０】
ロールシャフト１４も、ＣＦＲＰ製とされ、これに対し金属製の軸取り付け用ボス４０を接着して一体化し、該ボス４０に金属製の軸本体４２を連結した構造であることが好ましい。
【００６１】
ロールシャフトを１４を金属製にすると、重量が大きくなりロール全体が重くなってしまう。また、ロールシャフトの自重たわみが増えてロール全体のたわみが大きくなると共に、ロールシャフトを支えるベアリングの負荷が上昇し寿命が短くなってしまう等の懸念があるが、ロールシャフトを軽量なＣＦＲＰにすることにより、これらの問題を改善することが出来る。なお、ＣＦＲＰ製のロールシャフト１４と金属製の軸取り付け用ボス４０をボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなるので好ましくない。ロールシャフト１４に対し金属製軸取り付け用ボス４０を接着した場合は、軸本体４２は軸取り付け用ボス４０にボルト等を用いて締結するのが好ましい。
【００６２】
ロールシャフト１４の両端には、ロールシェル端部のつば部に力をかけてロールシェルをベンディングさせる際にその反力が生じる。ロールシャフト１４のヤング率が低いと、ロールシェル１６をベンディングさせる際にロールシャフト１４がたわんでしまい好ましくない。そのため、ロールシャフト１４を構成するＣＦＲＰのヤング率はロールシェル１４のＣＦＲＰのヤング率よりも大きく、かつ、１００〜４００ＧＰａ、特に１６０〜４００ＧＰａ、とりわけ２４０〜４００ＧＰａであることが好ましい。ヤング率が１００ＧＰａより低いとロールシャフトのたわみが増えてしまい、曲率調整が困難になることから好ましくない。またヤング率が４００ＧＰａより高いと設計上は好ましいが、使用する炭素繊維のグレードが高くなり非常に高価になってしまうので現実的ではない。
【００６３】
ロールシェル１４とロールシャフト１６を接続するつなぎパイプ１８もＣＦＲＰ製であることが好ましい。この場合、当該つなぎパイプ１８の外周面にロールシェル１６を接着し、内周面にロールシャフト１４を接着接合して、一体化させるのが好ましい。つなぎパイプとロールシェル及びロールシャフトとを、ボルト等で締結して一体化する構造にすると、使用中の応力集中等の原因により破損事故が発生しやすくなるので好ましくない。
【００６４】
つなぎパイプを金属製にすると、ロールセンターに近いロール中央部に重量が大きなつなぎパイプが設置される為に、ロール全体が重くなってしまうこと、及びロールシャフトの自重たわみが増えてしまう等の懸念があるが、つなぎパイプを軽量なＣＦＲＰ製にすることにより、これらの問題を改善することが出来る。
【実施例】
【００６５】
[実施例１]
三菱樹脂製の炭素繊維プリプレグＨｙＥＪ３４Ｍ６５ＰＤＨＸ１、ＨｙＥＪ１７ＨＸ１、ＨｙＥＪ２５ＨＸ１を使用して、シートワインディング法にてロールシェル用、ロールシャフト用及びつなぎパイプ用の３種類のＣＦＲＰパイプを製造した。ＣＦＲＰパイプのヤング率はロールシェル用が８０ＧＰａ、ロールシャフト用が２４０ＧＰａ、つなぎパイプ用が２１０ＧＰａであった。
【００６６】
それぞれのＣＦＲＰパイプについて長さ決め、外径粗研磨を行った後に、まずロールシェル１６の内面かつ軸方向中央部につなぎパイプ１８の外周面を接着した。つなぎパイプ１８の長さは一つが３００mmであり、ロール面長２７００mmに対するつなぎパイプの長さは３００／２７００＝１１．１％であり、面長の約１／９の長さであった。次にロールシェル１６の両端にＳ４５Ｃ製つば取り付け用ボス４４を接着し、そこにＳ４５Ｃ製つば４６をボルト接合により締結した。全体を研磨し精度出しをした後に、ロールシェル１６の表面にゴムライニング（ＮＢＲ、硬度ＪＩＳ７０°）を施し、さらに金属製つば４６基準で研磨しロール表面の精度出しを行った。
【００６７】
ロールシャフト１４については、まずロールシャフト１４の両端にＳ４５Ｃ製軸取り付け用ボス４０を接着し、そこにＳ４５Ｃ製軸本体４２をボルトで締結した。次にロールシャフト全体を研磨し精度出しを行った。その後、Ｓ４５Ｃ製つば４６を取り外したロールシェル１６に、ロールシャフト１４を挿入し、ロールシャフト１４の外面かつ軸方向中央部につなぎパイプ１８の内周面を接着した。最後にＳ４５Ｃ製つば４６を再度、ボルトによりＳ４５Ｃ製つば取り付け用ボス４４に締結し、すべてを一体化した。
【００６８】
つば４６にロールシェル用ベアリング３０を取り付け、スライドハウジング３２にセットした。次に、ロールシャフト１４をシャフトハウジング２４にセットしロールシャフト用ベアリング２２を軸本体４２に組み込んだ。続いてスライドハウジング３２とシャフトハウジング２４をベースプレート１２に載せ、ボルト５０，５６で連結した。
【００６９】
アジャスタボルト３６を回してスライドハウジング３２，３２をスライドさせることによりロール表面の曲率を変更したところ、ベアリング２２に対してベアリング３０を最大３ｍｍ偏心させることが出来た。これは面長２７００ｍｍのロールについて計算で求めた最大偏心量：２７００ｍｍ／５００＝５．４ｍｍの範囲に入っていた。また、ロール面長に対し曲率は中央外径２１０mm／（端部外径２１０mm−３ｍｍ）＝１．０１であった。
【００７０】
完成したφ２１０ｍｍ×面長２７００ｍｍのロールについて、ロール表面をアジャスタボルト３６により最大量（偏心３ｍｍ）ベンディングさせた状態で、最大１８１９ｒｐｍ（１２００ｍ／ｍｉｎ）まで回転させたが、ロール中央での動フレは０．０３ｍｍと小さいものであり非常に良好なものであった。
【００７１】
このロールをＰＥＴフィルムのスリッターのコンタクトロールとしてセットし、フィルム幅を変えながら巻き取りフィルムロール（この言うフィルムロールとは例えば紙管の上に巻き取られたフィルムの固まりのことである。回転して巻き取りフィルムにコンタクトしたり、フィルムを搬送したりするロールとは異なる。）の性状を観察した。その結果、最適なロール曲率に設定することにより、フィルム幅１０００ｍｍから２４００ｍｍまで全ての幅において、空気の侵入が抑えられ密に巻かれた良好な巻き取りフィルムロールを得ることが出来た。
【００７２】
[比較例１]
比較例として、２４００ｍｍ幅の巻き取り時に、同サイズ、同表面ゴム仕様のストレートタイプのコンタクトロールを用いた。このストレートタイプのロールでは、フィルム中央部でロールのたわみに起因する接圧の低さによる巻き取りフィルム内への空気の侵入があり、良好な巻き取りフィルムロールを得ることが出来なかった。
【符号の説明】
【００７３】
１０ ロール装置
１２ ロール
１４ ロールシャフト
１６ ロールシェル
１８ つなぎパイプ
２０ シャフト軸支体
２２ シャフト用ベアリング
２４ シャフトハウジング
２６ ベースプレート
２８ シェル軸支体
３０ シェル用ベアリング
３２ スライドハウジング
３４ ブラケット
３６ アジャスタボルト
３８ ロックナット
４０ ボス
４２ 軸本体
４４ ボス
４６ つば
７０ シリンダ装置
７６ ピストンロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のロールシェルと、
該ロールシェル内に該ロールシェルと同軸状に配置されたロールシャフトと、
該ロールシェル及びロールシャフトの長手方向の中間部分において該ロールシェルとロールシャフトとの間に介在されたつなぎ部材と、
該ロールシャフトの両端にそれぞれ設けられたシャフト軸支体と、
該シャフト軸支体をシャフト用ベアリングを介して支持するシャフトハウジングと、
該ロールシェルの両端にそれぞれ設けられたシェル軸支体と、
該シェル軸支体をシェル用ベアリングを介して支持しており、ロールの軸心線と直交方向に移動可能なスライドハウジングと、
該スライドハウジングをロールの軸心線方向と直交方向に進退させてロールシェルのベンディング量を調節するための進退装置と
を備えてなるロール装置。
【請求項２】
請求項１において、前記進退装置は、前記スライドハウジングを前記進退方向に押して移動させるためのアジャスタボルトを備えており、
該アジャスタボルトは、前記シェル軸支体を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするロール装置。
【請求項３】
請求項２において、前記スライドハウジングからブラケットが延設されており、
前記アジャスタボルトは該ブラケットに螺着され、該アジャスタボルトの先端が前記シャフトハウジングに当接していることを特徴とするロール装置。
【請求項４】
請求項１において、前記進退装置はシリンダ装置であることを特徴とするロール装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記つなぎ部材は、前記ロールシェル及びロールシャフトと同軸のつなぎパイプであり、
該つなぎパイプの外周面がロールシェルの内周面に接着され、該つなぎパイプの内周面がロールシャフトの外周面に接着されていることを特徴とするロール装置。
【請求項６】
請求項５において、前記ロールシャフト、ロールシェル及びつなぎパイプが炭素繊維強化合成樹脂製であることを特徴とするロール装置。
【請求項７】
請求項６において、ロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が６０〜１６０ＧＰａであり、
ロールシャフトを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率がロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率よりも大きく、かつ１００〜４００ＧＰａであることを特徴とするロール装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ロールシャフト軸心に対してロールシェル軸心を最大で次の式で計算される量、偏心させることが可能とされていることを特徴とするロール装置。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００
【請求項１】
円筒状のロールシェルと、
該ロールシェル内に該ロールシェルと同軸状に配置されたロールシャフトと、
該ロールシェル及びロールシャフトの長手方向の中間部分において該ロールシェルとロールシャフトとの間に介在されたつなぎ部材と、
該ロールシャフトの両端にそれぞれ設けられたシャフト軸支体と、
該シャフト軸支体をシャフト用ベアリングを介して支持するシャフトハウジングと、
該ロールシェルの両端にそれぞれ設けられたシェル軸支体と、
該シェル軸支体をシェル用ベアリングを介して支持しており、ロールの軸心線と直交方向に移動可能なスライドハウジングと、
該スライドハウジングをロールの軸心線方向と直交方向に進退させてロールシェルのベンディング量を調節するための進退装置と
を備えてなるロール装置。
【請求項２】
請求項１において、前記進退装置は、前記スライドハウジングを前記進退方向に押して移動させるためのアジャスタボルトを備えており、
該アジャスタボルトは、前記シェル軸支体を挟んだ両側にそれぞれ配置されていることを特徴とするロール装置。
【請求項３】
請求項２において、前記スライドハウジングからブラケットが延設されており、
前記アジャスタボルトは該ブラケットに螺着され、該アジャスタボルトの先端が前記シャフトハウジングに当接していることを特徴とするロール装置。
【請求項４】
請求項１において、前記進退装置はシリンダ装置であることを特徴とするロール装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記つなぎ部材は、前記ロールシェル及びロールシャフトと同軸のつなぎパイプであり、
該つなぎパイプの外周面がロールシェルの内周面に接着され、該つなぎパイプの内周面がロールシャフトの外周面に接着されていることを特徴とするロール装置。
【請求項６】
請求項５において、前記ロールシャフト、ロールシェル及びつなぎパイプが炭素繊維強化合成樹脂製であることを特徴とするロール装置。
【請求項７】
請求項６において、ロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率が６０〜１６０ＧＰａであり、
ロールシャフトを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率がロールシェルを構成する炭素繊維強化合成樹脂のヤング率よりも大きく、かつ１００〜４００ＧＰａであることを特徴とするロール装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記ロールシャフト軸心に対してロールシェル軸心を最大で次の式で計算される量、偏心させることが可能とされていることを特徴とするロール装置。
最大偏心量［ｍｍ］＝面長［ｍｍ］÷５００
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４１０３９（Ｐ２０１２−１４１０３９Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０４（Ｐ２０１１−６０４）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
【出願人】（５９３００９１８１）サンレイ工機株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
【出願人】（５９３００９１８１）サンレイ工機株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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