JP2011245411A - ガイドロール - Google Patents

Abstract

【課題】ミスアライメントによる皺の発生を防止できるガイドロールを提供する。
【解決手段】ガイドロール１０の表面に、ウエブＷに対する滑り止め加工が施された滑り止め加工部１６、１６が、一又は複数の間隙２０を介して複数形成され、かつ、複数の前記滑り止め加工部１６、１６が前記ガイドロール１０の幅方向の中心に関して左右対称に形成され、前記滑り止め加工部１６、１６以外の表面が平滑に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエブを搬送するためのガイドロールに関するものである。

布帛、フィルム、金属箔、紙などの長尺状のウエブに塗工液を塗工する塗工装置や、ウエブを加熱して熱処理を行う熱処理装置においては、ウエブを安定して搬送させるガイドロールを用いている。

本出願人は、このウエブとガイドロールとの間の滑りを防止して皺の発生を防止するガイドロール１００を提案した（特許文献１参照）。図９に示すように、このガイドロール１００は、ガイドロール１００の中央表面のみに、ウエブに対する滑り止め加工部１０２を形成し、その中央以外の両側部１０４，１０４の表面は平滑にしている。

特開２００８−６２２３８号公報

しかし、上記ガイドロール１００においても、当該ガイドロール１００と、一つ手前のガイドロールとの間にミスアライメント（両軸心の角度誤差）が生じている場合には、ガイドロール１００の中央表面に滑り止め加工部１０２を形成しても、ミスアライメントによって皺が発生する問題点があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ミスアライメントによる皺の発生を防止できるガイドロールを提供する。

本発明は、ガイドロールの表面に、ウエブに対する滑り止め加工が施された滑り止め加工部が、一又は複数の間隙を介して複数形成され、かつ、複数の前記滑り止め加工部が前記ガイドロールの幅方向の中心に関して左右対称に形成され、前記滑り止め加工部以外の表面が平滑に形成されている、ことを特徴とするガイドロールである。

本発明によれば、複数の滑り止め加工部を設けることにより、ミスアライメントによる皺の発生を防止できる。

本発明に一実施例におけるガイドロールの平面図である。 ガイドロールを用いてウエブを搬送する説明図である。 皺の拡大図である。 変更例１のガイドロールの平面図である。 変更例２のガイドロールの平面図である。 変更例３のガイドロールの平面図である。 変更例４のガイドロールの平面図である。 変更例５のガイドロールの平面図である。 従来のガイドロールの平面図である。

以下、本発明の一実施例のガイドロール１０について、図１〜図３に基づいて説明する。

本実施例のガイドロール１０は、図１に示すように、紙、布帛、金属箔、フィルムなどのウエブＷを搬送するためのガイドロール１０であって、ガイドロール１０自身は駆動せず、ウエブＷの力によって回転する他動式である。

また、ガイドロール１０は、図２に示すように、ウエブＷの搬送路上に設けられ、１つ手前のガイドロール２２から送られてきたウエブＷを他の方向に回転させて搬送する。なお、このガイドロール１０とガイドロール２２との間には、ミスアライメントθが有るものとする。ここで「ミスアライメントθ」とは、図２に示すように、ガイドロール１０の軸心とガイドロール２２の軸心の角度誤差θを意味する。

（１）ガイドロール１０の構成
図１に示すように、ガイドロール１０は、円柱状のロール本体１２の両端部から左右一対の軸１４，１４が突出している。ガイドロール１０の材質は、樹脂含浸を行ったカーボンファイバー、又は、金属製である。ガイドロール１０の直径は、７０〜２００ｍｍ（好適には、１００ｍｍ〜１５０ｍｍである）であり、全幅Ｍ０＝２５０ｍｍ〜５ｍ（好適には１．５〜３ｍである）である。

このロール本体１２の表面には、２個の滑り止め加工部１６，１６が間隙２０を介して設けられている。滑り止め加工部１６，１６は、螺旋状の溝を刻設することによって滑り止めを行う。滑り止め加工部１６，１６は、ガイドロール１０の幅方向における中心に関して左右対称に設けられている。滑り止め加工部１６，１６の幅方向の長さＭ１，Ｍ２の合計Ｍ１＋Ｍ２＝Ｍは、ロール本体１２の全幅をＭ０とした場合、ＭはＭ０に対し２０〜７０％、好適には４０〜６０％である。これにより、ウエブＷとガイドロール１０との間の滑りを防止して皺の発生を防止できる。

ガイドロール１０の滑り止め加工部１６，１６に対応した各臨界スキュー角θ_ｃｒがミスアライメントθより大きく設定されている。これにより、ミスアライメントθによる皺が発生しない。この理由については後から説明する。

ガイドロール１０の滑り止め加工部１６，１６以外の両側部１８，１８と、２個の滑り止め加工部１６，１６の間にある間隙２０には、平滑なメッキ加工がそれぞれ施されている。間隙２０の幅方向の長さは、１〜１０ｃｍである。

（３）２個の滑り止め加工部１６，１６を設ける理由
次に、本発明者が、２個の滑り止め加工部１６，１６を設ける構成に至った理由、すなわち、本実施例のガイドロール１０において、２個の滑り止め加工部１６，１６を設けることによって、ミスアライメントθによる皺が発生しない理由について以下説明する。

まず、ガイドロール１０上のウエブＷの限界座屈応力について説明する。ガイドロール１０上のウエブＷの限界座屈応力σ_ｚｃｒは、次の（１）式で表される。

σ_ｚｃｒ＝Ｌ^２／（ｉ^２×ａ^２）｛σ_ｃ（１＋ξ_１ｉ^４ａ^４／Ｌ^４＋ξ_２ｉ^２ａ^２／Ｌ^２）−σ_ｘ｝ ・・・（１）

上記の（１）式中の各符号は次の（１−１）式から（１−６）式で表される。

σ_ｘ＝−Ｔ／ｔ_ｆ ・・・（１−１）

σ_ｃ＝π^２×D_ＸＸ／（ａ^２×ｔ_ｆ） ・・・（１−２）

ξ_１＝Ｅ_Ｚ／Ｅ_Ｘ、 ・・・（１−３）

ξ_２＝４（１−ν_Ｘν_Ｚ）／｛１＋ν_Ｘ＋（１＋ν_Ｚ）／ξ_１｝＋ν_Ｚ＋ν_Ｘξ_１
・・・（１−４）

Ｄ_ＸＸ＝Ｅ_Ｘｔ_ｆ ^３／｛１２×（１−ν_Ｘν_Ｚ）｝ ・・・（１−５）

Ｄ_ＺＺ＝Ｅ_Ｚｔ_ｆ ^３／｛１２×（１−ν_Ｘν_Ｚ）｝ ・・・（１−６）、

但し、Ｅ_Ｘは幅方向でのヤング率、Ｅ_Ｚは走行方向でのヤング率、ＬはウエブＷの幅、Ｔは単位幅上の張力値、ｔ_ｆはウエブＷの厚み、ν_Ｘは走行方向でのポアソン比、ν_Ｚは幅方向でのポアソン比、ａはロール間のスパン長である。

そして、（１）式中のｉは次の（２）式の条件を満たす整数値である。

σ_ｃ｛１−ｉ^２（ｉ+１）^２ξ_１×ａ^４／Ｌ^４｝＜σ_ｘ＜σ_ｃ｛１−（ｉ−１）^２ξ_１×ａ^４／Ｌ^４｝ ・・・（２）

皺発生時の臨界剪断応力τ_ｃｒは、次の（３）式で表される。

τ_ｃｒ＝√（σ_ｚｃｒ ^２−σ_ｘ×σ_ｚｃｒ） ・・・（３）

臨界剪断応力τ_ｃｒによるウエブＷの臨界スキュー角θ_ｃｒは、次の（４）式で表される。ここで「ウエブＷの臨界スキュー角θ_ｃｒ」とは、臨界剪断応力τ_ｃｒによる剪断皺がウエブＷに発生しないミスアライメントθに対応した最大角度を意味する。

θ_ｃｒ＝６ａ^２τ_ｃｒ／（Ｅ_Ｘ×Ｌ^２） ・・・（４）

ウエブＷ上の剪断皺の発生条件としては、次の（５）式を満たす必要がある。

θ＞θ_ｃｒ ・・・（５）

次に、ウエブＷの幅Ｌと臨界スキュー角θ_ｃｒの具体的な関係について、上記（１）式〜（４）式を用いた計算例で説明する。

第１の計算例では、ウエブＷの幅Ｌ＝１０００ｍｍ、ウエブＷの厚みｔ_ｆ＝４０μｍ、ポアソン比ν_Ｘ＝ν_ｚ＝０．３、ヤング率Ｅ_Ｘ＝Ｅ_ｚ＝２．５（ＧＰａ）、スパンａ＝１０００ｍｍ、ウエブＷの張力Ｔ＝４００Ｎ／ｍとすると、θ_ｃｒ＝０．０４７７３（°）となる。

第２の計算例では、ウエブＷの幅Ｌ＝５００ｍｍ、ウエブＷの厚みｔ_ｆ＝４０μｍ、ポアソン比ν_Ｘ＝ν_ｚ＝０．３、ヤング率Ｅ_Ｘ＝Ｅ_ｚ＝２．５（ＧＰａ）、スパンａ＝１０００ｍｍ、ウエブＷの張力Ｔ＝４００Ｎ／ｍとすると、θ_ｃｒ＝０．１９０９８４（°）となる。

２つの計算結果よりウエブＷの幅Ｌが小さい方が、ウエブＷの臨界スキュー角θ_ｃｒは大きいことがわかる。材料力学の観点からみれば、ウエブＷの幅Ｌが小さくなることによって、幅方向上の２次モーメント値は小さくなる。それによって同じスキュー角に対し、狭いウエブＷの幅の方で生じた剪断応力は小さくてすむからである。そのため、狭い幅のウエブＷの方はより大きな臨界スキュー角θ_ｃｒとなる。

一方、ガイドロールの回転中で、ウエブＷとガイドロールの運動によって、ウエブＷとガイドロールの間に空気膜層が形成される。空気層の厚みによって、ウエブＷとガイドロール間の接触状態が変化する。ウエブＷとガイドロール間の接触状態の変化によって、ガイドロールとウエブＷ間の摩擦係数は低下し、ガイドロールを回転する必要な駆動力を確保できないこともありうる。そのとき、ガイドロールとウエブＷの間にスリップが発生し、ウエブＷに損傷を与えることになる。

ガイドロールとウエブＷ間のスリップを避け、ガイドロールとウエブＷ間の摩擦力を確保するために、ガイドロール表面に滑り止め加工が行われる。但し、ガイドロールとウエブＷ間の摩擦力が大きすぎると皺の発生原因になる。そこで、特許文献１に示すように、その皺の発生を防止するために、図９に示すように、ガイドロール１００の中央表面に滑り止め加工部１０２を設けた。

しかし、特許文献１のガイドロール１００では、中央表面に滑り止め加工部１０２を設けているため、ウエブＷとガイドロール１００の接触部分は１つ連続的な区域となる。したがって、上記で説明したように、この中央にある滑り止め加工部１０２とウエブＷとが接触することによる臨界スキュー角θ_ｃｒが小さくなる。そのため、この臨界スキュー角θ_ｃｒがミスアライメントθより小さくなって皺が発生しやすくなる。なお、この場合に滑り止め加工部１０２以外の両側部１０４，１０４は平滑加工が施されているので、この両側部１０４，１０４とウエブＷとは滑り、臨界スキュー角θ_ｃｒに影響を与えない。

そこで、本実施例では、ガイドロール１０の表面の滑り止め加工部１６，１６の総加工面積を特許文献１における滑り止め加工部１０２と変化させずに、かつ、ウエブＷの走行方向上の中心線に対し、左右対称に２個の滑り止め加工部１６，１６を設けて、接触幅を分割している。この分割することによって、１個当りの滑り止め加工部１６の接触幅は小さくなって、各滑り止め加工部１６に対応した臨界スキュー角θ_ｃｒが、ガイドロール１０，２２間のミスアライメントθより大きくなり、皺が発生しにくくなる。

以上の説明した理由で、２個の滑り止め加工部１６，１６を設けると共に、滑り止め加工部１６，１６に対応した各臨界スキュー角θ_ｃｒがミスアライメントθより大きく設定されていることによって、ガイドロール１０の回転に対して必要な摩擦力を確保しながら、ガイドロール１０，２２間のミスアライメントθによる皺の発生を防止できる。

ところで、本実施例のガイドロール１０においては、間隙２０を設けることにより、２個の滑り止め加工部１６を設けているが、間隙２０の長さｘは、図３に示すようにウエブＷの皺の最大幅ｙよりも大きければよいが、加工精度の問題から１ｃｍ〜１０ｃｍが好適である。ｘ＞ｙにする理由は、皺の最大幅ｙより間隙ｘが小さいと、ウエブＷが２個の滑り止め加工部１６，１６を１つの滑り止め加工部として接触するためである。なお、滑り止め加工部１６，１６に刻設された溝の間隔は１〜５００ミクロンであり、前記間隔２０よりも充分に小さい。

（３）効果
本実施例によれば、２個の滑り止め加工部１６，１６を設けると共に、滑り止め加工部１６，１６に対応した各臨界スキュー角θ_ｃｒが、ガイドロール１０，２２間のミスアライメントθより大きく設定されているので、ミスアライメントθによる皺の発生を防止できる。

また、ガイドロール１０であると、滑り止め加工部１６，１６の幅方向の長さＭ１，Ｍ２の合計Ｍ１＋Ｍ２＝Ｍは、ロール本体１２の全幅Ｍ０の２０〜７０％に設定しているため、ガイドロール１０とウエブＷの間に必要な摩擦力が確保され、ガイドロール１０とウエブＷとの間に滑りが生じず、ウエブＷが傷つくことがない。

また、滑り止め加工部１６，１６は、ガイドロール１０の幅方向における中心に関して左右対称に設けられているので、ウエブＷの走行中に左右にぶれたりすることがない。

また、ガイドロール１０の両側部１８，１８は、平滑なメッキ加工を施しているため、その部分における摩擦力が少なくなり、ウエブＷやこのウエブＷを搬送する装置に歪みがあっても、両側部１８，１８の摩擦力が少ないため幅方向にずれて、歪みによる皺が発生しない。

（４）変更例
本発明は上記各実施例に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施例では、滑り止め加工部１６を２個設けたが、これに限らず、変更例１では、図４に示すように、間隙２０を２個設け、滑り止め加工部１６を３個設けている。この場合にも、上記実施例と同様に、滑り止め加工部１６，１６，１６の合計の長さＭ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｍが、ロール本体１２の全幅Ｍ０に対し２０〜７０％の範囲にあればよい。また、滑り止め加工部１６，１６，１６を設ける位置も、上記実施例と同様に、ガイドロール１０の幅方向における中心に関して左右対称に設ける。

上記実施例では、滑り止め加工部１６における溝は螺旋状の溝を設けたが、これに限らず、変更例２では、図５に示すような平行な溝を設けている。

変更例３では、図６に示すような中央部を対称にした螺旋状の溝を設けている。

変更例４では、図７に示すような格子状の溝を設けている。

変更例５では、滑り止め加工部１６は、図８に示すような梨地状に加工を施している。

１０ ガイドロール
１２ ロール本体
１４ 軸
１６ 滑り止め加工部
１８ 両側部
２０ 間隔

Claims (6)

1. ガイドロールの表面に、ウエブに対する滑り止め加工が施された滑り止め加工部が、一又は複数の間隙を介して複数形成され、かつ、複数の前記滑り止め加工部が前記ガイドロールの幅方向の中心に関して左右対称に形成され、
   前記滑り止め加工部以外の表面が平滑に形成されている、
   ことを特徴とするガイドロール。
2. 前記各滑り止め加工部に対応したそれぞれの臨界スキュー角が、ミスアライメントより大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガイドロール。
3. 前記間隙が、１ｃｍ〜１０ｃｍである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガイドロール。
4. 前記滑り止め加工が、梨地状加工、又は、溝加工である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガイドロール。
5. 前記両側部の表面は、平滑なメッキ加工が施されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガイドロール。
6. 前記ガイドロールの材質が、金属製、又は、樹脂を含浸させたカーボンファイバーである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガイドロール。

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