JP2009079708A - コーティングロールの軸受構造、及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コーティングロールが撓んだり、コーティングロールに重力方向以外の外力が加わったりしても、コーティングロールの回転軸心が変動することがなく、高い回転精度を実現する。
【解決手段】ロール１４の回転軸２２を回転自在に支持する第１軸受部と、第１軸受部を支持すると共に、ロール１４の重力方向の撓みにのみ追従するように第１軸受部の傾動を許容する第２軸受部と、を備え、第２軸受部はすべり軸受部内輪２８とすべり軸受部外輪３０とを備えたすべり軸受２７であるとともに、第２軸受部の前記回転軸方向に平行な重力方向断面において、すべり軸受部外輪３０のすべり軸受部内輪２８を支持する支持点が２点以上である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コーティングロールの軸受構造及び塗布装置に係り、特に、幅広な塗布面を均一に形成する塗布装置におけるコーティングロールの軸受構造に関する。

従来、コーティングロール装置としては、種々の方式のものが提案されている（例えば、特許文献１）。これらのコーティングロール装置は、いずれも比較的幅の小さいフィルムをガイドしながら、塗布液を塗布するものである。

ところで、液晶ディスプレイ等に使用される機能性フィルム（例えば、光学補償フィルム、反射防止フィルム等）の大面積化に伴い、フィルム幅も大きくなり、幅広なコーティングロール装置が必要とされている。

しかしながら、幅広なコーティングロール装置では、コーティングロール（以下、単に「ロール」ともいう）の自重による軸撓みが増加し、軸受部へのモーメントが増大することにより回転時にロールの軸ぶれが生じる。また、ロールの長尺化に伴なうロール重量の増加により軸受部への負荷が増大する。この結果、ロールの回転精度が著しく低下し、フィルムに塗布する塗布膜厚さが不均一になるという問題があった。

これに対して、例えば、特許文献２では、ロールを回転させる機構として、自動調心機構付軸受（ころ軸受）を用いている。そして、自動調心機構付軸受の回転精度の低さを補うために、ロール内部に気体軸受用外輪を固定し、該気体軸受用外輪の内側に気体軸受用支持軸を設けている。これにより、ロール回転に伴うトルクむらを抑制している。

また、特許文献３では、ロールをアンギュラベアリング内輪に固定し、更に内周面にアンギュラベアリング外輪が固定され且つ外周面が球面体をなすハウジングと嵌合させた軸受け構造が提案されている。これによれば、ロールの回動を重力方向、水平方向を問わず自在にしている。また、アンギュラベアリングの軸方向への遊びもなくなるため、高い回転精度を実現できるとされている。
特開２００２−３３６７５６号公報 特開平６−２２１３２５号公報 特開２００６−３４９１００号公報

しかしながら、上記特許文献２、３の方法では、いずれも転がり軸受を用いるため、軸受構造上振動の発生源になり易く、また外部振動も伝達し易くなる。このため、軸受の動特性が低く、振動等の外乱がフィルムに伝わり易いという問題があった。

さらに、球面型ハウジングを用いた上記特許文献３では以下のような問題もあった。

（１）ロールと塗布ヘッドとのクリアランスが変動する。具体的には、図６は、従来の軸受部材２にロール５をセットしたときの上面図であるが、同図に示すように、軸受部材２は、フィルム３の搬送方向にも調心する。すなわち、球面型ハウジングを構成する内輪４の外周面がフィルム３の搬送方向に球面状となっているため、矢印に示すように、フィルム搬送方向（Ｙ方向）にも傾動する。このため、ロール５に水平方向の外力（例えば、フィルム搬送方向のテンション等）が加わると、ロール５と塗布ヘッド６とのクリアランスが大きく変動し、均一な膜厚の塗布面を形成するのが困難となる。

（２）球面型ハウジングでロールを調心すると、構造上点接触が増えるため、軸受部の動特性が低下し、振動が生じる。この振動がロールに伝わると、フィルムへの塗布性能に低下させるおそれがある。

（３）球面型ハウジングの球面は、加工精度が低く、コスト高となる。

さらに、機能性フィルムの生産において高精度な薄層塗布を行うためには、ロールとして１μｍ以下の高い回転精度が求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、コーティングロールが撓んだり、コーティングロールに重力方向以外の外力が加わったりしても、コーティングロールの回転軸心が変動することがなく、高い回転精度を実現できるコーティングロールの軸受構造を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、コーティングロールの回転軸を回転自在に支持する第１軸受部と、前記第１軸受部を支持すると共に、前記コーティングロールの重力方向の撓みにのみ追従するように前記第１軸受部の傾動を許容する第２軸受部と、を備え、前記第２軸受部はすべり軸受部内輪とすべり軸受部外輪とを備えたすべり軸受であるとともに、前記第２軸受部の前記回転軸方向に平行な重力方向断面において、前記すべり軸受部外輪の前記すべり軸受部内輪を支持する支持点が２点以上であることを特徴とするコーティングロールの軸受構造を提供する。

請求項１によれば、コーティングロールの重力方向の撓みにのみ追従するように第１軸受部の傾動を許容する第２軸受部を設ける。これにより、コーティングロールが撓んでも、回転時にロールが軸ぶれしたり、軸受の負荷を増大させたりすることなく、撓んだままの状態で一定の回転軸心を形成して回転する。また、コーティングロールに重力方向以外の外力が加わっても、コーティングロールの回転軸心が変動することがない。これにより、高い回転精度を実現できる。

また、コーティングロールの軸方向に平行な重力方向断面において、すべり軸受部外輪は、すべり軸受部内輪を２点以上で支持するので、軸受の動特性を向上させると同時に、調心性を所定の範囲に制限することができる。これにより、高回転精度を得るための最適な傾動（調心）条件をコーティングロールの仕様に合わせて設定できる。なお、従来は、すべり軸受部外輪は、すべり軸受部内輪の凸面の頂点１点で支持する構造が一般的であった。

すべり軸受部外輪のすべり軸受部内輪を支持する支持点を２点以上にする方法としては、例えば、すべり軸受部内輪が傾動するすべり軸受部外輪の内周面に切欠きを設けたり、すべり軸受部外輪の内周面をＶ字型平面にしたりする方法がある。第１軸受部としては、特に限定されないが、例えば、油圧式静圧軸受等が好ましく使用できる。

請求項２は請求項１において、前記すべり軸受部内輪は、上下に対向する一対の外周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って円弧状の凸状曲面をなすとともに該軸方向を中心として左右に対向する一対の外周面が平面をなした部分円柱形状に形成され、前記すべり軸受部外輪は、上下に対向する一対の内周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って前記すべり軸受部内輪の前記一対の外周面と接する円弧状の凹状曲面をなすとともに、該軸方向を中心として左右に対向する一対の内周面が、前記すべり軸受部内輪の前記左右に対向する一対の外周面と接する平面をなした部分円柱形状の空間を有し、対向する前記すべり軸受部内輪の凸状曲面又は前記すべり軸受部外輪の凹状曲面のいずれか一方に切欠きが形成されたことを特徴とする。

請求項２によれば、第２軸受部を構成するすべり軸受部内輪とすべり軸受部外輪の、コーティングロールの軸方向を中心として左右に対向する側面を平面にするので、第２軸受部が該左右方向に傾動するのを制限できる。また、すべり軸受部内輪の上下に対向する２つの外周面が円弧状の凸状曲面をなすので、コーティングロールの軸方向への傾動を許容することができる。

さらに、すべり軸受部外輪に形成された切欠きの角部がすべり軸受部内輪を支持する支持点を増やすことができ、すべり軸受部内輪の動特性を安定にするとともに調心性を制限（又は調整）することができる。

また、従来の球面型のすべり軸受と比べて曲面加工の精度が高いので、すべり軸受部内輪及びすべり軸受部外輪が大径になっても、両者の合わせ加工を精度良く行うことができる。したがって、調心性を高精度化すると共に、低コスト化できる。

請求項３は請求項は２において、前記コーティングロールの軸方向において、前記切欠きの幅が２０〜１５０ｍｍであることを特徴とする。

支持点間（切欠きの幅に相当）の距離が大きいほどすべり軸受部内輪の安定性は向上するが、摺動部面積が減るため調心性が低下する傾向がある。

切欠きの幅を２０ｍｍよりも小さいと、切欠きがない状態での動特性、調心性と差がなくなる。また、切欠きの幅を１５０ｍｍよりも大きくすると、円筒面のすり合わせ加工が難しくなり実用的でない。したがって、請求項３によれば、切欠きの幅を上記２０〜１５０ｍｍ範囲とすることで、調心性と動特性のバランスを好ましい状態にすることができる。

請求項４は請求項２又は３において、前記円弧状の凸状曲面の曲率半径Ｒは、前記すべり軸受部内輪の内径ｄの０．８〜２倍であることを特徴とする。

すべり軸受部内輪において、円弧状の凸状曲面の曲率半径が小さすぎると構造上コーティングロールの支持に必要となる剛性が低下し、曲率半径が大き過ぎると十分な調心性を得ることができず、いずれも好ましくない。請求項４によれば、円弧状の凸状曲面の曲率半径は、すべり軸受部内輪の内径ｄ（５０〜２５０ｍｍ程度）の０．８〜２倍（４０〜５００ｍｍ程度）とすることで、上記のような不具合を抑制できる。

請求項５は請求項２〜４の何れか１項において、前記すべり軸受部内輪の外周面のうち、前記左右に対向する平面間の幅Ｂと前記曲率半径Ｒとの比Ｂ/Ｒは１〜５であることを特徴とする。

請求項５によれば、重力方向以外の力がすべり軸受部内輪に作用しても、すべり軸受部内輪の位置はすべり軸受部外輪に対して安定となり、すべり軸受部内輪の動特性を低下させることなく高い調心性を発揮できる。すなわち、Ｂ/Ｒ比が１を下回るとすべり軸受部内輪の動特性が低下し易く、５を超えるとすべり軸受部内輪の重量が増加し円滑に調心し難くなる。このため、Ｂ/Ｒ比は１〜５程度が好ましい。

請求項６は請求項１において、前記すべり軸受部内輪は、上下に対向する一対の外周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って円弧状の凸状曲面をなすとともに該軸方向を中心として左右に対向する一対の外周面が平面をなした部分円柱形状に形成され、
前記すべり軸受部外輪は、上下に対向する一対の内周面が前記コーティングロールの軸方向に沿ってＶ字型平面をなすとともに、該軸方向を中心として左右に対向する一対の内周面が、前記すべり軸受部内輪の前記左右に対向する一対の外周面と接する平面をなすことを特徴とする。

請求項６によれば、コーティングロールの軸方向に平行な重力方向断面において、すべり軸受部外輪がすべり軸受部内輪を支持する支持点を増やすことができ、動特性を向上させることができる。また、Ｖ字型平面間のなす角によりすべり軸受部内輪とすべり軸受部外輪との２つの支持点間の距離を変えることで、調心性を制限又は調整することができる。

請求項７は請求項６において、前記Ｖ字型平面間のなす角が６０〜１２０度であることを特徴とする。

Ｖ字型平面間のなす角が大きいと、すべり軸受部内輪とすべり軸受部外輪の支持点間の距離が大きくなり、軸受の動特性は向上するものの調心性が低くなり、Ｖ字型平面間のなす角が小さいと、上記２つの支持点間の距離が小さくなり、調心性は向上するが軸受の動特性は低下する。

具体的には、Ｖ字型平面間のなす角が６０度よりも小さいと、２つの支持点では調心方向に対する摩擦抵抗力が支配的に働くため調心性が低下し、１２０度を超えると軸方向にかかる力の成分に対して軸受が耐えられなくなり動き易くなる。請求項７によれば、Ｖ字型平面間のなす角を上記６０〜１２０度の範囲とするので、調心性と動特性のバランスを好ましい状態に維持できる。

請求項８は請求項１〜７の何れか１項において、前記第１軸受部は、油圧式静圧軸受であることを特徴とする。

請求項８によれば、ロールを支持する軸受方式として、高い振動減衰性、高い回転精度、高い負荷容量等を示す油圧式静圧軸受方式を採用するので、静特性、動特性のいずれも向上させることができる。また、幅の大きいロールを支持する軸受部において、懸念される回転軸の外周面と第１軸受部の内周面とのかじり（接触）を防ぐこともできる。

請求項９は請求項８において、前記油圧式静圧軸受の潤滑油の温度を測定する測定手段と、該測定手段の結果に基づいて、前記潤滑油を所定の温度に制御する温度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

幅や重量の大きいコーティングロールを支持するには、高い軸受剛性が必要となる。このため、油圧式静圧軸受における給油圧力は高くなり、潤滑油が発熱し易くなる。この潤滑油の温度は±数℃の範囲の変動においても、軸受の性能に影響を与えるため、潤滑油の温度制御が重要となる。請求項９によれば、このような潤滑油の温度をモニタリングし、潤滑油が所定の温度になるように制御するので、軸受の性能を安定に維持することができる。

請求項１０は請求項１〜９の何れか１項において、前記コーティングロールの有効面長は３０００ｍｍ以下であることを特徴とする。

このように幅の大きなコーティングロールは、その自重により軸たわみが増加する。請求項１０によれば、コーティングロールの有効面長を３０００ｍｍ以下にするので、コーティングロールのたわみ量を一定以下（５０μｍ以下）にすることができる。

本発明の請求項１１は前記目的を達成するために、コーティングロールの回転軸の両端側に設けられ、前記回転軸を回転自在に支持する一対の軸受部材のうち少なくとも一方が請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有することを特徴とするコーティングロールの軸受構造を提供する。

請求項１２は請求項１１において、前記一対の軸受部材のいずれも請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有すると共に、前記一対の軸受部材のうち一方の第１軸受部がスラスト軸受により支持されたことを特徴とする。

コーティングロールをジャーナル式静圧軸受で単純に支持すると、スラスト方向への回転軸の移動が自由になる。このため、コーティングロールのスラスト方向への移動を制限するための軸受機構として、コーティングロールの両端部においてスラスト方向を支持する方法がある。しかし、潤滑油の発熱によるコーティングロールの軸方向への熱膨張が起きた場合、軸方向への遊びがないため、圧縮荷重を受けて変形するおそれがある。請求項１２によれば、スラスト軸受をコーティングロールの一方のみに設けるので、上記のような不具合を抑制できる。

本発明の請求項１３は前記目的を達成するために、塗布ヘッドと、コーティングロールに巻き掛けられて水平方向に走行する帯状のフィルムとの間のクリアランスに塗布液架橋を形成して、前記塗布ヘッドから吐出した塗布液を前記フィルムに塗布するエクストルージョン型の塗布装置において、前記コーティングロールの回転軸を回転自在に支持する一対の軸受部材のうち少なくとも一方が、請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有していることを特徴とする塗布装置を提供する。

請求項１３によれば、このような塗布装置において、フィルム搬送方向にコーティングロールの回転軸心が変動することがない。このため、フィルムが巻き掛けられるコーティングロールと塗布ヘッドとの間に均一なクリアランスを形成でき、塗布液を均一に塗布することができる。なお、コーティングロールとしては、バックアップロールも含まれる。

本発明によれば、コーティングロールに重力方向以外の外力が加わっても、コーティングロールの回転軸心が変動することがなく、高い回転精度を実現できる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るロールの軸受構造及び塗布装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明に係るコーティングロールの軸受構造を備えた塗布装置の概要を説明する斜視図である。このうち、図１（Ａ）は、塗布装置の主要部を示す図であり、図１（Ｂ）は、軸受部材の構成部材を示す図である。

図１に示すように、塗布装置１０は、連続走行するフィルムに対して塗布液を塗布する装置であり、主として、フィルム１２が巻き掛けられるバックアップロール１４（以下、単に「ロール１４」という）と、このロール１４に対して所定のクリアランスを設けて配置されるエクストルージョン型の塗布ヘッド１６と、より構成される。以下、ロール１４の軸方向をＸ方向、該ロール１４の軸方向を中心として左右方向（軸方向に対して水平に直交する方向、又はフィルム搬送方向）をＹ方向、上下方向（重力方向）をＺ方向とし、いずれもプラス側、マイナス側を含むものとする。

エクストルージョン型の塗布ヘッド１６の内部には、ポケット１８がフィルム１２の幅方向に形成されている。ポケット１８は、スリット２０を介して塗布ヘッド１６の先端（リップ）のスリット開口部２０ａに連通している。スリット開口部２０ａはフィルム１２の幅方向に細長く形成され、その幅寸法はフィルム１２の幅寸法と略等しくなるように形成されている。そして、図示しない塗布液供給源により供給路１７を介してポケット１８に供給された塗布液は、スリット２０を介してスリット開口部２０ａから吐出される。そして、塗布ヘッド１６の先端と連続走行するフィルム１２との間のクリアランスに塗布液架橋（ビード）が形成され、フィルム１２に塗布液が転移される。なお、塗布ヘッド１６は、図示しない支持部材によって支持されている。

ロール１４は、フィルム１２が巻き掛けられる程度に幅が大きく形成されており、その両端部の回転軸２２は、本発明に係る軸受構造を有する軸受部材２４によって回転自在に支持されている。

本発明に使用されるロール１４は、例えば、ロール１４の重量は約４００ｋｇ程度と重く、比較的幅も大きいため自重により重力方向に撓み易い。この撓みが生じると、塗布ヘッド１６とロール１４とのクリアランス分布が不均一となる。このため、塗布ヘッド１６とロール１４とのクリアランス分布を均一に保つために、撓んだロール１４の形状に塗布ヘッド１６の先端形状を合わせる調整を行う必要がある。この調整の際に現れる誤差量は、ロール１４が持つ撓み量により影響を受ける。具体的には、ロール１４の撓み量の１０％程度がクリアランスの調整誤差として現れる。

塗布ヘッド１６とロール１４とのクリアランスの分布精度としては５μm以下が要求されることから、ロール１４の撓み量を５０μｍ以下にすることが好ましく、ロール１４の有効面長Ｌとしては３０００ｍｍ以下とすることが好ましい。

しかし、上記調整を行っても、フィルム１２がロール１４に巻き掛けられて水平方向に搬送されるため、ロール１４に加わるフィルム１２のテンションの変動やロール１４に伝達される搬送方向の外部振動により、塗布ヘッド１６とロール１４とのクリアランスが変動する。これにより、塗布層の膜厚やフィルム幅方向の膜厚分布が不均一になる。このため、ロール１４の軸撓みに追従しながら、軸ぶれ（回転軸心の変動）を生じないようにロール１４を安定に支持する（調心する）必要がある。

そこで、本発明では、フィルム搬送方向（Ｙ方向）の調心をなくし、ロール１４の軸方向（Ｘ方向）のみに調心するように軸受部材２４を構成する。以下、本発明の特徴部分である軸受部材２４について説明する。

軸受部材２４において、ロール１４の回転軸２２の外周には、回転軸２２を回転自在に支持する油圧式静圧軸受２６（第１軸受部）が配設され、更にその外周には、油圧式静圧軸受２６を支持すると共にロール１４の調心を行うすべり軸受２７（第２軸受部）が配設されている。

すべり軸受２７は、すべり軸受部内輪２８とすべり軸受部外輪３０とより構成されている。

すべり軸受部内輪２８は、図１（Ｂ）に示すように、すべり軸受部内輪２８のＺ方向（上下方向）に対向する２つの外周面２８ａ、２８ｂは、Ｘ方向に円弧状の凸状曲面をなしており、Ｙ方向（軸方向を中心として左右）に対向する２つの外周面２８ｃ、２８ｄは平面をなす部分円柱形状に形成されている。

すべり軸受部内輪２８の外周には、すべり軸受部内輪２８を支持するすべり軸受部外輪３０が配設されており、すべり軸受部内輪２８を収納するように形成されている。すなわち、すべり軸受部外輪３０のＺ方向（上下方向）に対向する２つの内周面３０ａ、３０ｂは、Ｘ方向に円弧状の凹状曲面をなしており、Ｙ方向（軸方向を中心として左右）に対向する２つの内周面３０ｃ、３０ｄは平面をなしている（後述の図４参照）。これにより、すべり軸受部内輪２８がＸ方向のみに傾動し、Ｙ方向には傾動しないようになっている。したがって、回転軸２２を支持する油圧式静圧軸受２６を、Ｘ方向のみに傾動するのを許容し、Ｙ方向には傾動しないようにすることができる。

すべり軸受部内輪２８の外周面２８ａ、２８ｂは、曲率半径Ｒが小さすぎると構造上ロール１４の支持に必要な剛性が低下し、曲率半径Ｒが大き過ぎると調心性が低下する。このため、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ａ、２８ｂの曲率半径Ｒは、すべり軸受部内輪２８の内径ｄ（５０〜２５０ｍｍ程度）の０．８〜２倍（４０〜５００ｍｍ程度）とすることが好ましい。

すべり軸受部内輪２８の外周面のうち、Ｙ方向（軸方向を中心として左右）に対向する２つの外周面２８ｃ、２８ｄ間の幅Ｂと曲率半径Ｒとの比（以下、これを「Ｂ/Ｒ比」という）が１を下回ると、すべり軸受部内輪２８の動特性が低下し易く、５を超えるとすべり軸受部内輪２８の重量が増加し、円滑に調心できなくなる。このため、Ｂ/Ｒ比を１〜５とすることが好ましい。

図２は、すべり軸受部外輪３０の断面形状について説明する断面模式図である。

図２（Ａ）に示すように、すべり軸受部外輪３０の内周面に切欠き７０が設けられている。これにより、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点が２点に増えるので、すべり軸受部内輪２８の動特性が向上し、すべり軸受部内輪２８のＸ方向への傾動機能を制限することができる。

切欠き７０の幅Ｌを大きくすると、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点Ｐ１、Ｐ２間の距離が大きくなりすべり軸受部内輪２８の動特性は更に向上するが、調心性が低下する。一方、切欠き７０の幅Ｌを小さくすると、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点Ｐ１、Ｐ２間の距離は小さくなり、調心性が向上する。このように、切欠き７０の幅Ｌを調整することで、すべり軸受部内輪２８が滑りすぎるのを抑制し、調心性を制限することができる。

なお、すべり軸受部内輪２８の動特性とは、すべり軸受部内輪２８の動きの安定性、すなわち回転軸２２の回転起因や外部から伝達する振動に対して揺れにくい特性をいう。動特性と調心性の二つの性能は、トレードオフの関係にある。

この動特性と調心性との関係について具体的に説明すると、切欠き構造において、すべり軸受部内輪２８とすべり軸受部外輪３０の接触凹凸面に潤滑性がある場合、接触凹凸面に切欠きがない方が摺動部の面積は大きく、潤滑性に優れる。一方、切欠きが入ることにより支持点が増えると、すべり軸受部内輪２８が摺動し難くなり調心性は低下する。したがって、支持点間の距離が大きいほどすべり軸受部内輪２８の安定性は向上するが、摺動部が減少して動き難くなり（潤滑部の面積も減り）、調心性が低下する。

なお、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｃとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点を増やす方法としては、上記形態に限定されず、例えば、図２（Ｂ）のように、すべり軸受部外輪３０の内周面をＶ字型平面に形成してもよい。これにより、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０との支持点が２点に増えるので、すべり軸受部内輪２８の動特性を向上させることができる。

また、上記図２（Ａ）と同様に、Ｖ字型平面間のなす角αを変えることで、調心性を適切な範囲に調整することができる。すなわち、Ｖ字型平面間のなす角αを大きくすると、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点Ｐ１、Ｐ２間の距離が小さくなり、すべり軸受部内輪２８の動特性は低下するが調心性は向上する。一方、Ｖ字型平面間のなす角αを小さくすると、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂとの支持点Ｐ１、Ｐ２間の距離が大きくなり、動特性は向上するが調心性が低下する。したがって、上記のなす角αを適切な範囲に調整することで、軸受の動特性と調心性とのバランスをとることができる。

これについて、図３を用いて具体的に説明する。図３は、Ｖ字型平面間のなす角による調心性と動特性との関係を説明する断面図である。

図３（Ａ）に示すように、Ｖ字型平面間のなす角αが小さいほど、Ｖ字型角部の支持点Ｐにおいて軸受部にかかる重力Ｇの分力成分Ｇ１が摩擦抵抗力として大きく作用し、調心性（白抜き矢印）が低下する。これとは逆に、図３（Ｂ）に示すように、Ｖ字型平面間のなす角αが大きくなると、上記摩擦抵抗力は減少するが、支持点Ｐ、Ｑの間隔が狭くなるため動き易くなり（白抜き矢印方向）、動特性が低下する。

その他、すべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂを粗面化したり、潤滑油を塗布したり、或いは材質を選択したりする等により摩擦係数を変えて、すべり軸受部内輪２８の動きを制限又は促進し、調心性を調整するようにしてもよい。

図４は、本発明に係る軸受部材２４の内部構成を説明する拡大断面図である。なお、同図は、スラスト軸受が設けられた側の軸受部材２４を示したものである。

すべり軸受部内輪２８の内周面には、図４に示すように、回転軸２２を回転自在に支持する油圧式静圧軸受２６の外周部材３２が固定されており、すべり軸受部内輪２８と一体となって動くようになっている。また、すべり軸受部内輪２８の内周面には、潤滑油を供給するための給油溝３４が周方向に設けられている。

油圧式静圧軸受２６の内壁面と回転軸２２との間には、複数の静圧ポケット３６及び大気圧解放溝３８が周方向及び軸方向に沿って形成され、これらの静圧ポケット３６及び大気圧解放溝３８は、回転軸２２の外周面との間に潤滑油が通過できる程度の微細流路が形成された軸受メタル部材４０を介して連通している。大気圧解放溝３８は、シール部材４２によってシールされている。また、給油溝３４に対向する外周部材３２の表面には給油口４４が形成され、この給油口４４と静圧ポケット３６とは微細な流路状に形成された給油孔４６を介して連通している。大気圧解放溝３８は、重力方向の下部に軸方向に沿って形成された排油孔４８と連通しており、排油孔４８は排油口５０と連通している。

これにより、潤滑油は、周方向に形成された給油溝３４から、給油口４４及び給油孔４６を通って、静圧ポケット３６、軸受メタル部材４０、大気圧解放溝３８へ供給される。そして、静圧ポケット３６、大気圧解放溝３８を循環した潤滑油は、排油孔４８へ集められた後、排油口５０を介して外部へ排出される。

潤滑油を貯留・供給する潤滑油供給源５２は、管路５４ａ、５４ｂによって給油溝３４、排油口５０のそれぞれと連通しており、潤滑油の循環路５４が形成されている。潤滑油の循環路５４の途中には、潤滑油の温度を測定する温度計５６と、潤滑油温度制御機構５８が設けられている。温度計５６では、潤滑油の温度を常に監視できる状況となっている。また、潤滑油温度制御機構５８は、空冷、水冷、冷媒方式等の温調機器を用いて、潤滑油の温度を所定温度となるように制御する。これにより、温度計５６における潤滑油の温度測定結果に基づいて、潤滑油温度制御機構５８が潤滑油の温度を所定温度となるように制御する。

油圧式静圧軸受２６の内部において、ロール１４とは反対側の大気圧解放溝３８の隣には、フランジ状にスラスト軸受６０が設けられている。このスラスト軸受６０は、ロール１４に固定された状態でロール１４と共に回転自在となっており、外周部材３２の間とねじ６４によって固定された固定部材６２の間の周方向側面部に、油が潤滑できる程度の微細な流路が形成されている。そして、大気圧解放溝３８から流出した潤滑油が、上記微細な流路を通り、潤滑することによりロール１４の軸方向への移動を制限するようになっている。油圧式静圧軸受２６のロール１４側には、必要に応じてラビングシール６６が設けられる。

なお、上記のスラスト軸受６０は、一対の軸受部材２４、２４のうちいずれか一方のみに設けられることが好ましい。すなわち、潤滑油が発熱した場合、ロール１４の軸方向への熱膨張が起こるが、ロールが長尺化する程その膨張量は大きくなる。ロール１４の両端部においてスラスト方向を支持すると、軸方向への遊びがなくなるため、圧縮荷重を受けて変形するおそれもある。したがって、ロール１４を支持する一対の軸受部材２４のうち、いずれか一方のみにスラスト軸受６０を設けることにより、上記のような不具合を抑制する。

次に、本発明の作用について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、ロールが重力方向に撓む様子を説明する説明図であり、図６は、軸受部材２４における動作を説明する説明図である。このうち、図６（Ａ）は、塗布装置１０における動作を正面からみた図であり、軸受部材２４の重力方向での断面図である。また、図６（Ｂ）は、塗布装置１０における動作を上方からみた図であり、軸受部材２４の水平方向での断面図である。

まず、潤滑油供給源５２を作動させ、給油溝３４から油圧式静圧軸受２６内の静圧ポケット３６及び大気圧解放溝３８に潤滑油を供給するとともに、排油孔４８、排油口５０を介して排出し、潤滑油供給源５２に循環させる。このときの油温や油圧は、ロール幅や重量、回転速度、必要となる剛性値等の設計条件に応じて、適切な値に設定する。そして、ロール１４を回転させる。

ロール１４を回転させるうちに、図５に示すように、ロール１４が自重により重力方向に撓み、回転軸心１４Ａ（点線）が水平から振れた状態になる。

このとき、図６（Ａ）に示すように、軸受部材２４では、ロール１４の撓みに追従して、すべり軸受部内輪２８がＸ方向に傾動する（矢印参照）。したがって、コーティングロールが撓んでも、回転時にロールが軸ぶれしたり、軸受の負荷を増大させたりすることなく、撓んだままの状態で一定の回転軸心を形成して回転する。

また、このときの様子を上からみると、図６（Ｂ）に示すように、軸受部材２４において、Ｙ方向にはすべり軸受部内輪２８の外周面２８ｃとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｃ、及びすべり軸受部内輪２８の外周面２８ｄとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｄとが相互に平面で接しているため、すべり軸受部内輪２８はＹ方向に傾動することなく、安定に固定される。

さらに、すべり軸受部外輪３０の重力方向に対向する２つの内周面３０ａ、３０ｂに形成された切欠き７０の角部とすべり軸受部内輪２８の外周面２８ａ、２８ｂとがそれぞれ２点で支持するため、すべり軸受部内輪２８の動特性が向上する。また、切欠き７０がない場合と比べてすべり軸受部内輪２８とすべり軸受部外輪３０との支持点が増加するため、摩擦も増大し、すべり軸受部内輪２８が滑りすぎるのを抑制できる。これにより、調心性を制限することができる。

すなわち、ロール１４に撓みが生じても、その撓みに追従するようにすべり軸受部内輪２８がＸ方向のみに傾動し、Ｙ方向には傾動することがない。このため、ロール１４の回転軸心１４Ａ（点線）が変動することがなく、ロール１４を高い回転精度で回転自在に支持することができる。さらに、塗布ヘッド１６とロール１４とのクリアランス分布を均一にすることができる。また、調心性を適切な範囲に制限できるので、高回転精度を得るための最適な傾動（調心）条件をロール１４の仕様に合わせて決定することができる。

このように、本実施形態によれば、フィルムの搬送方向へのロールの軸ぶれを抑制し、高い回転精度を実現できる。また、従来の球面型のすべり軸受と比べて、本発明の部分円柱型のすべり軸受は曲面加工の精度が高いので、内輪及び外輪が大径になっても両者の合わせ加工を精度良く行うことができる。したがって、調心性を高精度化できるとともに、低コスト化することができる。

なお、本発明に使用されるフィルム１２としては、公知の各種フィルムを使用できる。一般的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、セルロースダイアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド等の公知の各種プラスチックフィルム、紙、紙にポリエチレン、ポロプロピレン、エチレンブテン共重合体等の炭素数が２〜１０のα−ポリオレフィン類を塗布又はラミネートした各種積層紙、アルミニウム、銅、スズ等の金属箔等、帯状基材の表面に予備的な加工層を形成させたもの、あるいはこれらを積層した各種複合材が含まれる。

以上、本発明に係るロールの軸受構造の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。

たとえば、上記各実施形態では、回転軸２２を支持する軸受部として、高い振動減衰性、高い回転精度、高い負荷容量等において信頼性のある油圧式静圧軸受２６を採用したが、これに限定されず、各種軸受を使用することができる。また、外部から侵入する振動等の外乱が少ない場合は、高精度な玉軸受方式やころ軸受方式等を採用できる。また、ロールの重量が小さいなど、必要とする負荷容量が小さく、モーメントの影響が小さい場合は、空気圧を利用した空気圧軸受方式、磁力を利用した磁気軸受方式等も採用できる。

上記実施形態では、本発明に係る軸受構造を有する軸受部材２４をロール１４の両端に配置したが、これに限定されることはなく、一方のみに配置してもよい。この場合についても、上述したのと同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、すべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂのみに切欠き７０を形成したが、これに限定されることはなく、すべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂのみに切欠き７０を形成してもよい。要は、対向するすべり軸受部内輪２８の外周面２８ｂとすべり軸受部外輪３０の内周面３０ｂのうち、いずれか一方のみに切欠き７０を形成すればよい。

また、本実施形態では、エクストルージョン型の塗布ヘッドを用いた塗布装置において、フィルムが巻き掛けられるバックアップロールを支持する軸受構造について説明したが、これに限定されず、例えば、ロールで掻き上げた塗布液をフィルムに転写するバー塗布装置における塗布バーとしても使用できる。

本発明に係るコーティングロールの軸受構造を備えた塗布装置の概要を説明する斜視図である。 図１の外輪の形状を説明する断面模式図である。 Ｖ字型方式の切欠き構造における調心性と動特性の関係を説明する断面図である。 図１における軸受部材の構成を説明する拡大断面図である。 ロールが重力方向に撓む様子を説明する説明図である。 図１の塗布装置における動作を説明する断面図である。 従来の球面型ハウジングを備えた軸受部材の上方からみた水平断面図である。

符号の説明

１０…塗布装置、１２…フィルム、１４…ロール、１６…塗布ヘッド、２２…回転軸、２４…軸受部材、２６…油圧式静圧軸受、２７…すべり軸受、２８…すべり軸受部内輪、２８ａ、２８ｂ…すべり軸受部内輪の外周面（Ｚ方向）、２８ｃ、２８ｄ…すべり軸受部内輪の外周面（Ｙ方向）、３０…すべり軸受部外輪、３０ａ、３０ｂ…すべり軸受部外輪の内周面（Ｚ方向）、３０ｃ、３０ｄ…すべり軸受部外輪の内周面（Ｙ方向）、３６…静圧ポケット、３８…大気圧解放溝、５６…温度計、５８…潤滑油温度制御機構、６０…スラスト軸受、７０…切欠き

Claims (13)

1. コーティングロールの回転軸を回転自在に支持する第１軸受部と、
   前記第１軸受部を支持すると共に、前記コーティングロールの重力方向の撓みにのみ追従するように前記第１軸受部の傾動を許容する第２軸受部と、を備え、
   前記第２軸受部はすべり軸受部内輪とすべり軸受部外輪とを備えたすべり軸受であるとともに、前記第２軸受部の前記回転軸方向に平行な重力方向断面において、前記すべり軸受部外輪の前記すべり軸受部内輪を支持する支持点が２点以上であることを特徴とするコーティングロールの軸受構造。
2. 前記すべり軸受部内輪は、上下に対向する一対の外周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って円弧状の凸状曲面をなすとともに該軸方向を中心として左右に対向する一対の外周面が平面をなした部分円柱形状に形成され、
   前記すべり軸受部外輪は、上下に対向する一対の内周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って前記すべり軸受部内輪の前記一対の外周面と接する円弧状の凹状曲面をなすとともに、該軸方向を中心として左右に対向する一対の内周面が、前記すべり軸受部内輪の前記左右に対向する一対の外周面と接する平面をなした部分円柱形状の空間を有し、
   対向する前記すべり軸受部内輪の凸状曲面又は前記すべり軸受部外輪の凹状曲面のいずれか一方に切欠きが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のコーティングロールの軸受構造。
3. 前記コーティングロールの軸方向において、前記切欠きの幅が２０〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のコーティングロールの軸受構造。
4. 前記円弧状の凸状曲面の曲率半径Ｒは、前記すべり軸受部内輪の内径ｄの０．８〜２倍であることを特徴とする請求項２又は３に記載のコーティングロールの軸受構造。
5. 前記すべり軸受部内輪の外周面のうち、
   前記左右に対向する平面間の幅Ｂと前記曲率半径Ｒとの比Ｂ/Ｒは１〜５であることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のコーティングロールの軸受構造。
6. 前記すべり軸受部内輪は、上下に対向する一対の外周面が前記コーティングロールの軸方向に沿って円弧状の凸状曲面をなすとともに該軸方向を中心として左右に対向する一対の外周面が平面をなした部分円柱形状に形成され、
   前記すべり軸受部外輪は、上下に対向する一対の内周面が前記コーティングロールの軸方向に沿ってＶ字型平面をなすとともに、該軸方向を中心として左右に対向する一対の内周面が、前記すべり軸受部内輪の前記左右に対向する一対の外周面と接する平面をなすことを特徴とする請求項１に記載のコーティングロールの軸受構造。
7. 前記Ｖ字型平面間のなす角が６０〜１２０度であることを特徴とする請求項６に記載のコーティングロールの軸受構造。
8. 前記第１軸受部は、油圧式静圧軸受であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のコーティングロールの軸受構造。
9. 前記油圧式静圧軸受の潤滑油の温度を測定する測定手段と、
   該測定手段の結果に基づいて、前記潤滑油を所定の温度に制御する温度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項８に記載のコーティングロールの軸受構造。
10. 前記コーティングロールの有効面長は３０００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のコーティングロールの軸受構造。
11. コーティングロールの回転軸の両端側に設けられ、前記回転軸を回転自在に支持する一対の軸受部材のうち少なくとも一方が請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有することを特徴とするコーティングロールの軸受構造。
12. 前記一対の軸受部材のいずれも請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有すると共に、前記一対の軸受部材のうち一方の第１軸受部がスラスト軸受により支持されたことを特徴とする請求項１１に記載のコーティングロールの軸受構造。
13. 塗布ヘッドと、コーティングロールに巻き掛けられて水平方向に走行する帯状のフィルムとの間のクリアランスに塗布液架橋を形成して、前記塗布ヘッドから吐出した塗布液を前記フィルムに塗布するエクストルージョン型の塗布装置において、
    前記コーティングロールの回転軸を回転自在に支持する一対の軸受部材のうち少なくとも一方が、請求項１〜１０の何れか１項に記載の軸受構造を有していることを特徴とする塗布装置。

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