JP5962738B2 - ロール装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックのシートやフィルム等のコーティング、フィルム状にした電子デバイス製造（ロール・ツー・ロール方式）や、当該シート、フィルム等の搬送に用いられるロール装置に関する。

例えば特許文献１及び２においては、ラジアル方向及びスラスト方向に関して静圧気体軸受を用いたロール装置が提案されている。

特開平１１−１９０３３８号公報 特開２０１０−２５２０８号公報

ところで、斯かるロール装置は、ラジアル方向及びスラスト方向の双方に関して静圧気体軸受を用いるために、静圧気体軸受による軸受隙間（片側隙間１０〜１５μｍ）を管理しなければならず、また、高精度な軸受隙間の管理が求められるために静圧気体軸受も高価なものが必要となって装置の低廉化を図り難い。加えて、斯かるロール装置では、ラジアル方向及びスラスト方向の双方の軸受にエアを消費するために、装置のランニングコストも削減し難い。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の低廉化、エア消費量の削減を図り得るロール装置を提供することにある。

本発明のロール装置は、中空のロール体と、ロール体の中空部に隙間をもって挿通されていると共に両端部がロール体から突出している軸体と、ラジアル方向に関してロール体を静圧気体によって支持すべくロール体と軸体との間に介在されている静圧気体軸受と、スラスト方向に関してロール体を磁力によって支持する磁性軸受とを具備しており、磁性軸受は、ロール体の一端部に装着されている環状の外側磁性体と、外周面で外側磁性体の内周面に隙間をもって対面していると共に軸体に装着されている環状の一対の内側磁性体と、一対の内側磁性体間に介在されている永久磁石とを具備しており、スラスト方向に関してロール体を支持すべく永久磁石の磁力に基づいて外側磁性体と一対の内側磁性体とが互いに引き合う力を生じさせるようになっている。

本発明のロール装置によれば、特に、磁性軸受は、ロール体の一端部に装着されている環状の外側磁性体と、外周面で外側磁性体の内周面に隙間をもって対面していると共に軸体に装着されている環状の一対の内側磁性体と、一対の内側磁性体間に介在されている永久磁石とを具備しており、スラスト方向に関してロール体を支持すべく永久磁石の磁力に基づいて外側磁性体と一対の内側磁性体とが互いに引き合う力を生じさせるようになっているために、静圧気体軸受によってロール体をラジアル方向に関して支持する一方、磁性軸受によってロール体をスラスト方向に関して支持することができ、而して、装置の低廉化、エア消費量の削減を図り得る。

本発明によれば、装置の低廉化、エア消費量の削減を図り得るロール装置を提供し得る。

図１は、本発明の実施の形態の例の一部省略断面説明図である。 図２は、図１に示す例の一部拡大説明図である。 図３は、図１に示す例のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視説明図である。 図４は、図１に示す例のＩＶ−ＩＶ線断面矢視説明図である。 図５は、図１に示す例のＶ−Ｖ線断面矢視説明図である。 図６は、図１に示す例の一部の動作説明図である。 図７は、図４に示す例と異なる形態の磁性軸受の説明図である。 図８は、本発明の実施の形態の他の例の一部省略断面説明図である。

次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図６において、本例のロール装置１は、中空のロール体２と、ロール体２の中空部に隙間３をもって挿通されている軸体４と、ラジアル方向に関してロール体２を静圧気体によって支持すべくロール体２と軸体４との間に介在されている静圧気体軸受、本例ではロール体２の両端部５及び６に夫々配されていると共にロール体２と軸体４との間に夫々介在されている一対の静圧気体軸受７及び８と、スラスト方向に関してロール体２を磁力によって支持する磁性軸受９とを具備している。

ロール体２は、円筒状本体１１と、外周面１３が円筒状本体１１の一端部５における内周面１２の部位に固着されていると共に内周面１４が静圧気体軸受７に対して軸受隙間３１をもって対面している円筒体１５と、外周面１６が円筒状本体１１の他端部６における内周面１２の部位に固着されていると共に内周面１７が静圧気体軸受８に対して軸受隙間９１をもって対面している円筒体１８とを具備している。円筒体１５及び１８の肉厚は互いに等しい。

円柱状若しくは円筒状の軸体４は、円筒状本体１１、円筒体１５及び１８に対して隙間３をもってロール体２に挿通されている。軸体４の一端部２１及び他端部２２の夫々は、ロール体２の一端部５及び他端部６から突出しており、当該両端部２１及び２２でフレーム等に固定支持されている。軸体４は、当該軸体４の長手方向に関して円筒体１５及び１８間に位置する大径軸部２３と、大径軸部２３の両側に位置する小径軸部２４及び２５と、大径軸部２３と小径軸部２４及び２５の夫々との連結部に形成されている段部２７及び２８とを具備している。小径軸部２４及び２５の径は、本例では互いに等しいが、異なっていてもよい。

静圧気体軸受７は、内周面１４に対して軸受隙間３１をもって対面しているラジアル軸受面３２を有していると共に軸体４に固着されている円筒状の軸受体３６と、ラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給すべき気体を給気することができるように、軸受体３６に形成されている給気通路４４とを具備している。

軸受体３６は、内周面５１で小径軸部２４に固着されていると共に大径軸部２３側の端面５３で段部２７に固着されている円筒状の本体５５と、本体５５の外周面５２に接合されている多孔質体としての円筒状の多孔質金属焼結層５６とを具備している。

多孔質金属焼結層５６は、その全表面の無秩序な多数の部位で開口すると共に無秩序に互いに連通する多数の細孔を内部に有している。ラジアル軸受面３２は、多孔質金属焼結層５６の支持すべき円筒体１５に対面して露出する外周面からなる。

多孔質金属焼結層５６は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなっていてもよい。多孔質金属焼結層に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなっていてもよい。

給気通路４４は、本体５５の外周面５２に形成された複数の環状通路７１、７２及び７３と、環状通路７１、７２及び７３に連通していると共に本体５５の端面５３で開口して当該本体５５に形成されている連通路７６とを具備している。斯かる給気通路４４では、前記開口から供給される気体（圧縮気体）を連通路７６を介して環状通路７１から７３の夫々に流入させ、当該流入した気体を多孔質金属焼結層５６に供給し、而して、軸受隙間３１に気体を供給する。

静圧気体軸受８は、内周面１７に対して軸受隙間９１をもって対面しているラジアル軸受面９２を有していると共に軸体４に固着されている軸受体９３と、軸受体９３のラジアル軸受面９２から軸受隙間９１に供給すべき気体を給気することができるように、当該軸受体９３に形成されている給気通路９４とを具備している。

軸受体９３は、内周面１０１で小径軸部２５に固着されていると共に大径軸部２３側の端面１０３で段部２８に固着されている円筒状の本体１０５と、本体１０５の外周面１０２に接合されている多孔質体としての円筒状の多孔質金属焼結層１０６とを具備している。ラジアル軸受面９２は、多孔質金属焼結層１０６の支持すべき円筒体１８に対面して露出する外周面からなる。多孔質金属焼結層１０６は、多孔質金属焼結層５６と同様に形成されている。

給気通路９４は、特に図１に示すように、本体１０５の外周面１０２に形成された複数の環状通路１１１、１１２及び１１３と、環状通路１１１から１１３の夫々に連通していると共に本体１０５の他端部２２側の端面１０４で開口するように本体１０５に形成されている連通路１１４とを具備している。斯かる給気通路９４では、前記開口から供給される気体（圧縮気体）を連通路１１４を介して環状通路１１１から１１３の夫々に流入させ、当該流入した気体を多孔質金属焼結層１０６の夫々に供給し、而して、軸受隙間９１に気体を供給する。

連通路１１４は、本体１０５の静圧気体軸受７側の端面１０３でも開口しており、当該開口は管１１５を介して連通路７６の開口に連結されている。

尚、ロール装置１は、静圧気体軸受７及び８間の空間と外側空間とを連通する排気通路９５を具備していてもよく、斯かる排気通路９５は、例えば図１に示すように静圧気体軸受８に形成されてもよい。

磁性軸受９は、ロール体２の一端部５に装着されている環状の外側磁性体６１と、外周面６２で外側磁性体６１の内周面６３に環状の隙間６４をもって対面していると共に軸体４に装着されている環状の一対の内側磁性体６５及び６６と、一対の内側磁性体６５及び６６間に介在されている永久磁石、本例では円周方向に等間隔をもって配された複数の永久磁石６７とを具備している。環状の隙間６４は軸受隙間３１に隣接配置されている。

外側磁性体６１は、ロール体２の一端部５における環状の端面１９にボルトを介して連結された円筒状の磁性体本体８１と、内側磁性体６５に向かって突出して磁性体本体８１の内周面６３に形成された環状凸部８２と、内側磁性体６６に向かって突出して磁性体本体８１の内周面６３に形成された環状凸部８３とを具備している。

環状凸部８２及び８３は互いに同形状であり、環状凸部８２は環状凸部８３に対して一端部２１側に位置している。本例の環状凸部８２及び８３には面取りが施されているが、面取りが施されていなくてもよい。環状凸部８２及び８３の内側磁性体６５及び６６の外周面６２に対面する面は平坦面からなっていてもよい。

内側磁性体６５は、内側磁性体６６に対して一端部２１側に位置しており、内側磁性体６５の外周面６２は環状凸部８２に、内側磁性体６６の外周面６２は環状凸部８３に夫々隙間６４をもって対面している。

内側磁性体６５及び６６の夫々は、中空円板状であり、中空部において軸体４の小径軸部２４に夫々固着されている。内側磁性体６５及び６６の夫々の外周面６２には面取りが施されているが、面取りが施されていなくてもよい。内側磁性体６５及び６６の外周面６２は、平坦面からなっていてもよい。尚、内側磁性体６６は、環状スペーサ８０を介して静圧気体軸受７の本体５５の端面５４に取り付けられている。

複数の永久磁石６７の夫々は、例えば図４に示すように円柱体８５からなり、上述のように円周方向に等間隔をもって複数配されている。円柱体８５の一端面８６は内側磁性体６５の環状面８７に、円柱体８５の他端面８８は内側磁性体６６の環状面８９に夫々固着されている。

複数の永久磁石６７の夫々は、一端面８６がＮ極、他端面８８がＳ極となっている。内側磁性体６５及び６６は、当該複数の永久磁石６７の磁力に基づいて磁性を帯び、これにより、内側磁性体６５の外周面６２がＮ極、内側磁性体６６の外周面６２がＳ極となる。外側磁性体６１は、当該複数の永久磁石６７の磁力に基づいて磁性を帯び、これにより、環状凸部８２がＳ極、環状凸部８３がＮ極となる。従って、磁性軸受９には、例えば図２に示すように磁束６８が生じて、環状凸部８２と内側磁性体６５の外周面６２との間に引き合い力が生じると共に環状凸部８３と内側磁性体６６の外周面６２との間に引き合い力が生じる。斯かる引き合い力は、ロール体２の軸体４に対する図６に示すスラスト方向の変位に伴って増大するため、ロール体２はスラスト方向に関して磁力によって支持されることになる。このように、磁性軸受９は、スラスト方向に関してロール体２を支持すべく永久磁石６７の磁力に基づいて外側磁性体６１と一対の内側磁性体６５及び６６とが互いに引き合う力を生じさせるようになっている。

磁性軸受９は、本例では複数の永久磁石６７を具備しているが、これに代えて、例えば図７に示すように、一つの環状の永久磁石６９を具備していてもよい。

尚、符号１２０は、ボルト１２１の締め込みによって軸体４に圧接するスリット付の緊締具であり、緊締具１２０の夫々は静圧気体軸受７及び８の夫々を軸体４に固着するために用いられる。

斯かるロール装置１では、給気通路４４及び９４から多孔質金属焼結層５６及び１０６の夫々に給気されることによりラジアル軸受面３２及び９２の夫々から軸受隙間３１及び９１の夫々に気体が供給され、而して、静圧気体軸受７及び８によりロール体２を非接触にてＲ方向に回転自在に支持する。また、ロール体２は、上述のように、磁性軸受９の磁力により横方向に関して非接触にてＲ方向に回転自在に支持され、これにより、ロール体２の軸体４に対する横方向の位置ずれは禁止される。尚、軸受隙間３１及び９１の夫々に供給された気体は、排気通路９５から排気される。ロール装置１では、スラスト方向に関するロール体２の支持におけるエア消費は生じないので、ロール体２を支持する際のエア消費量を抑えることができる。

本例のロール装置１によれば、中空のロール体２と、ロール体２の中空部に隙間３をもって挿通されていると共に両端部２１及び２２がロール体２から突出している軸体４と、ラジアル方向に関してロール体２を静圧気体によって支持すべくロール体２と軸体４との間に介在されている静圧気体軸受７及び８と、スラスト方向に関してロール体２を磁力によって支持する磁性軸受９とを具備しており、磁性軸受９は、ロール体２の一端部５に装着されている環状の外側磁性体６１と、外周面６２で外側磁性体６１の内周面６３に隙間をもって対面していると共に軸体４に装着されている環状の一対の内側磁性体６５及び６６と、内側磁性体６５及び６６間に介在されている永久磁石６７とを具備しており、スラスト方向に関してロール体２を支持すべく永久磁石６７の磁力に基づいて外側磁性体６１と内側磁性体６５及び６６とが互いに引き合う力を生じさせるようになっているために、静圧気体軸受７及び８によってロール体２をラジアル方向に関して支持する一方、磁性軸受９によってロール体２をスラスト方向に関して支持することができ、而して、スラスト方向の支持に関して高価な静圧気体軸受を用いずに装置の低廉化、エア消費量の削減を図り得る。

本例のロール装置１は、多孔質金属焼結層５６及び１０６を夫々有した静圧気体軸受７及び８を具備しているが、これらに代えて、例えば図８に示すように、自成絞り型の静圧気体軸受７ａ及び８ａを具備していてもよい。

静圧気体軸受７ａは、多孔質金属焼結層５６及び給気通路４４を除いて静圧気体軸受７と同様に形成されており、静圧気体軸受８ａは、多孔質金属焼結層１０６及び給気通路９４を除いて静圧気体軸受８と同様に形成されているので、図に適宜同符号を付して前記同様に形成されている部分の詳細な説明を省略する。

静圧気体軸受７ａ及び８ａの軸受体３６及び９３の外周面は、円筒体１５及び１８の内周面１４及び１７に対して軸受隙間３１及び９１をもって夫々対面するラジアル軸受面３２及び９２からなる。尚、静圧気体軸受７ａ及び８ａは多孔質金属焼結層５６及び１０６を有していない。

静圧気体軸受７ａは、その軸受体３６のラジアル軸受面３２に形成された複数の環状通路７１ａ、７２ａ及び７３ａ並びに環状通路７１ａ、７２ａ及び７３ａに連通していると共に軸受体３６の端面５３で開口して当該軸受体３６に形成されている連通路７６ａを有した給気通路４４ａを具備している。連通路７６ａは、軸受体３６に円周方向に並んで配設された軸方向（軸体４の軸方向）に伸びた複数の直通路２０１と、複数の直通路２０１を互いに連通させている環状通路２０２と、複数の直通路２０１を環状通路７１ａ、７２ａ及び７３ａに連通させている複数の自成絞り通路７１ｂ、７２ｂ及び７３ｂとを具備している。複数の直通路２０１のうちの一つの直通路２０１は、端面５３で開口しており、管１１５を介して静圧気体軸受８ａに連結されている。斯かる静圧気体軸受７ａでは、管１１５を介して給気通路４４ａに圧縮気体が供給されると、当該圧縮気体は自成絞り通路７１ｂ、７２ｂ及び７３ｂを通じて環状通路７１ａ、７２ａ及び７３ａに供給され、而して、軸受隙間３１に静圧気体が供給されて円筒体１５をラジアル方向に関して非接触支持する。

静圧気体軸受８ａの軸受体９３は、静圧気体軸受７ａの軸受体３６と同様に形成されており、また、静圧気体軸受８ａは、静圧気体軸受７ａの給気通路４４ａと同様に形成された給気通路を具備しているので、図に適宜同符号を付してこれらの詳細な説明を省略する。尚、静圧気体軸受８ａの複数の直通路２０１のうちの一つの直通路２０１は、端面１０３及び１０４で開口しており、端面１０３側の開口は管１１５を介して静圧気体軸受７ａに連結されており、端面１０４側の開口には圧縮気体が供給される給気口として構成されている。斯かる静圧気体軸受８ａは、静圧気体軸受７ａと同様に作動して円筒体１８をラジアル方向に関して非接触支持する。

１ ロール装置
２ ロール体
４ 軸体
７、７ａ 静圧気体軸受
８、８ａ 静圧気体軸受
９ 磁性軸受
６１ 外側磁性体
６４ 隙間
６５、６６ 内側磁性体
６７ 永久磁石
３１、９１ 軸受隙間
３２、９２ ラジアル軸受面
４４、９４ 給気通路
９５ 排気通路

Claims (1)

1. 中空のロール体と、ロール体の中空部に隙間をもって挿通されていると共に両端部がロール体から突出している軸体と、ラジアル方向に関してロール体を静圧気体によって支持すべくロール体と軸体との間に介在されている静圧気体軸受と、スラスト方向に関してロール体を磁力によって支持する磁性軸受とを具備しており、静圧気体軸受は、ロール体の内周面に対して軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に軸体に固着されている軸受体と、ラジアル軸受面から軸受隙間に給気することができるように、軸受体に形成されている給気通路とを具備しており、軸受体は、その内周面で軸体に固着されている本体と、この本体の外周面に接合されている多孔質金属焼結層とを具備しており、磁性軸受は、ロール体の一端部に装着されている環状の外側磁性体と、外周面で外側磁性体の内周面に隙間をもって対面していると共に軸体に装着されている環状の一対の内側磁性体と、一対の内側磁性体間に介在されている永久磁石とを具備しており、外側磁性体は、ロール体のスラスト方向の一端部における環状の端面に連結された円筒状の磁性体本体と、一対の内側磁性体のうちの一方の内側磁性体に向かって突出して磁性体本体の内周面に形成された一の環状凸部と、一対の内側磁性体のうちの他方の内側磁性体に向かって突出して磁性体本体の内周面に形成された他の一の環状凸部とを具備しており、一の環状凸部及び他の一の環状凸部は、平坦面と、面取り面とからなっており、一対の内側磁性体の夫々の外周面は、一の環状凸部の平坦面及び他の一の環状凸部の平坦面の夫々に隙間をもって対面する平坦面と、面取り面とからなっており、スラスト方向に関してロール体を支持すべく永久磁石の磁力に基づいて外側磁性体と一対の内側磁性体とが互いに引き合う力を生じさせるようになっているロール装置。

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