JP2015158244A

JP2015158244A - ロール装置

Info

Publication number: JP2015158244A
Application number: JP2014033481A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　光; Hikari Sato; 光佐藤
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2015-09-03
Also published as: WO2015125958A1; TW201600749A

Abstract

【課題】コンパクトかつ簡易な構成でロールを非接触で支持するロール装置を提供する。
【解決手段】ロール装置１は、ロール２に連結されたシャフト３と、シャフト３が挿入されてシャフト３に固定されたカラー４と、カラー４がスライド可能に挿入された円環状のスラストベアリング８と、を備える。カラー４の外周面４０には、円環状の凸部４３ａ、４３ｂが形成されている。スラストベアリング８は、磁性体からなる一対の円環状のヨーク８０ａ、８０ｂと、これらのヨーク８０ａ、８０ｂの間に挟まれた複数の磁石８１と、を有し、ヨーク８０ａ、８０ｂが磁石８１により磁化されて磁力を発生する。このヨーク８０ａ、８０ｂから発生した磁力によって、カラー４に設けられた円環状の凸部４３ａ、４３ｂがスラストベアリング８の内側に引き寄せられることにより、カラー４が非接触で支持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロールを非接触で支持するロール装置に関する。

高い回転精度が求められるテープ、シート、フィルム等の搬送に、ロールを非接触で支持するロール装置が用いられている。このようなロール装置として、特許文献１に記載のロール装置がある。特許文献１に記載のロール装置は、ロールと、ロールに連結されたシャフトを非接触で支持するエアベアリングユニットと、を備えている。ここで、エアベアリングユニットは、圧縮気体を噴出してシャフトのラジアル方向の荷重を非接触で支持する多孔質軸受部材が、シャフトが挿入される円筒状のハウジングの内周面（ラジアル軸受面）に配置されるとともに、圧縮気体を噴出してシャフトのスラスト方向の荷重（力）を非接触で支持する多孔質軸受部材が、シャフトの端部に取り付けられた回転盤と対面する円盤状のストッパの盤面（スラスト軸受面）に配置されて構成される。ラジアル軸受面は、シャフトの外周面に対向し、ラジアル軸受面に配置された多孔質軸受部材から噴出された圧縮気体によって、この外周面との間にラジアル軸受隙間を形成している。また、スラスト軸受面は、シャフトの端部に取り付けられた回転盤に対向し、スラスト軸受面に配置された多孔質軸受部材から噴出された圧縮気体によって、この回転盤との間にスラスト軸受隙間を形成している。

特開２００３−２０００９１号公報

ところで、特許文献１に記載のロール装置では、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間のそれぞれに、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面のそれぞれに配置された多孔質軸受部材を介して圧縮気体を供給するための給気路を設けるとともに、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間のそれぞれに供給された圧縮気体を外部に排出するための排出路を設ける必要がある。このため、エアベアリングユニットの構造が複雑化する。また、特許文献１に記載のロール装置では、エアベアリングユニットに、圧縮気体を噴出するスラスト軸受面およびラジアル軸受面を個別に設けておく必要がある。このため、エアベアリングユニットが大きくなり、その分、ロール装置が大型化する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトかつ簡易な構成でロールを非接触で支持するロール装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、シャフトの外周面あるいは端面に磁性体を固定するとともに、このシャフトが挿入された円環状の磁力発生手段を設けた。そして、磁力発生手段が発生する磁力によって、シャフトに固定された磁性体をこの磁力発生手段の内側に引き寄せることにより、シャフトを非接触で支持した。

例えば、本発明は、ロールを非接触で支持するロール装置であって、
前記ロールに連結されたシャフトと、
前記シャフトの外周面あるいは端面に固定された磁性体と、
前記磁性体が固定された前記シャフトを非接触で挿入可能な内径を有する円環状の磁力発生手段と、を備え、
前記磁力発生手段は、
当該磁力発生手段が発生する磁力によって、前記磁性体を当該磁力発生手段の内側に引き寄せることにより、前記シャフトを非接触で支持する。

ここで、前記磁性体は、前記シャフトの円周方向に沿って、当該シャフトの外周面上に設けられた円環状の磁性体でもよい。あるいは、当該磁性体の端面が前記シャフトの端面と対面するように、当該シャフトの端面に取り付けられた円柱状の磁性体でもよい。

本発明によれば、シャフトの外周面あるいは端面に固定された磁性体と、このシャフトが挿入される円環状の磁力発生手段とによって、シャフトが非接触で支持されるので、スラスト軸受隙間に圧縮気体を供給するための給気路、およびスラスト軸受隙間に供給された圧縮気体を外部に排出するための排出路を設ける必要がない。また、圧縮気体を噴出するスラスト軸受面を設ける必要もない。このため、コンパクトかつ簡易な構成でロールを非接触で支持するロール装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るロール装置１の一部を省略するとともに一部を断面にした正面図である。図２は、図１に示すロール装置１の側面図である。図３は、図１に示すロール装置１のＡ部拡大図である。図４は、図３に示すロール装置１のＢ部拡大図であり、ラジアルベアリング７によるロール２のラジアル方向の荷重の支持状態を模式的に示した図である。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図３に示すロール装置１のＣ部拡大図であり、スラストベアリング８によるロール２のスラスト方向の荷重の支持状態を模式的に示した図である。図６は、図１に示すロール装置１の変形例１ａを示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係るロール装置１の一部を省略するとともに一部を断面にした正面図であり、図２は、図１に示すロール装置１の側面図である。また、図３は、図１に示すロール装置１のＡ部拡大図である。

図示するように、本実施の形態に係るロール装置１は、テープ、シート、フィルム等の被搬送物を搬送するためのロール２と、ロール２の両端面２０のそれぞれに連結された一対のシャフト３と、一対のシャフト３のそれぞれに装着された一対のカラー４と、一対のカラー４のそれぞれを非接触で支持する一対のベアリングユニット５と、一対のベアリングユニット５のそれぞれを保持する一対のハウジング６と、を備えて構成される。

シャフト３は、ロール２と同じ回転軸Ｏにおいて、ロール２の両端面２０から突出するように、ロール２と一体的に形成されている。

カラー４は、円筒形状を有する鉄等の磁性体であり、シャフト３が挿入されて、不図示のボルト、接着剤等によりシャフト３に固定されている。カラー４の外周面４０において、一方の端面（ロール２の端面２０と対面する端面と反対側の端面）４１側には、カラー４の円周方向に沿って二本の環状溝４２ａ、４２ｂが形成されている。これにより、カラー４の外周面４０において、カラー４の一方の端面４１と環状溝４２ａとの間に挟まれることにより、カラー４の円周方向に沿った円環状の凸部４３ａが形成されるとともに、二本の環状溝４２ａ、４２ｂの間に挟まれることにより、カラー４の円周方向に沿った円環状の凸部４３ｂが形成される。

ベアリングユニット５は、ロール２に連結されたシャフト３が挿入されたカラー４のラジアル方向の荷重を非接触で支持するラジアルベアリング７と、このカラー４のスラスト方向の荷重（力）を非接触で支持するスラストベアリング８と、を備えている。

ラジアルベアリング７は、円筒状のラジアルベアリング本体７０と、ラジアルベアリング本体７０の内周面７１側に設けられた多孔質焼結層７２と、を有する。

ラジアルベアリング本体７０の内径ｒ１は、カラー４の外周面４０とラジアルベアリング本体７０の内周面７１との間に圧縮気体膜Ｌが形成されるように、圧縮気体膜Ｌの厚さの２倍分、カラー４の外径ｒ２より大きく設定されている。また、ラジアルベアリング本体７０の一方の端面（ロール２の端面２０と対面する端面と反対側の端面）７３には、スラストベアリング８をラジアルベアリング本体７０の一方の端面７３にボルト９で固定するためのネジ穴７４が複数形成されている。

多孔質焼結層７２は、ラジアルベアリング本体７０の内周面７１に形成された通気路７５に繋がっており、この通気路７５を介して不図示のポンプより供給された圧縮気体が、多孔質焼結層７２内の多数の微細孔を介して、多孔質焼結層７２の表面（ラジアルベアリング本体７０の内周面７１）から均一に放出される。

スラストベアリング８は、鉄等の磁性体からなる一対のヨーク８０ａ、８０ｂ（以下、単にヨーク８０とも呼ぶ）と、これらヨーク８０ａ、８０ｂの間に挟み込まれて配置された複数の磁石８１と、を有する。

ヨーク８０は、ラジアルベアリング本体７０の内径ｒ１および外径ｒ３と略同じ内径および外径を有する円環状の磁性体であり、ラジアルベアリング本体７０と同軸にして、ラジアルベアリング本体７０の一方の端面７３にボルト９で取り付けられる。このため、ヨーク８０は、ラジアルベアリング本体７０の一方の端面７３に形成されたネジ穴７４各々に対応する位置に、ボルト９を挿入するためのボルト挿入孔８２が形成されている。

磁石８１は、ネオジム等の永久磁石であり、一対のヨーク８０の間に、ヨーク８０の円周方向に沿って等間隔に配置される。なお、ヨーク８０間における磁石８１の位置決めを容易にするために、少なくとも一方のヨーク８０において、他方のヨーク８０と対面する側の面に、磁石８１を収容するための凹部を設けてもよい。また、一対のヨーク８０の間に、複数の磁石８１を配置する代わりに、円環状の磁石を配置してもよい。

ハウジング６には、一方の面６１から他方の面６２に貫通したベアリングユニット５保持用の貫通穴６０が形成されている。ベアリングユニット５は、ハウジング６の貫通穴６０に挿入されて、不図示のボルト、接着剤等により、ハウジング６の貫通穴６０に固定されている。

つぎに、上記構成のロール装置１におけるロール２のラジアル方向およびスラスト方向それぞれの力の支持状態について説明する。

図４は、図３に示すロール装置１のＢ部拡大図であり、ラジアルベアリング７によるロール２のラジアル方向の荷重の支持状態を模式的に示した図である。

図示するように、ロール装置１において、ポンプ（不図示）から、ラジアルベアリング７のラジアルベアリング本体７０内に形成された通気路７５に圧縮気体が供給されると、多孔質焼結層７５の表面（ラジアルベアリング本体７０の内周面７１）から圧縮気体ａが均一に噴出し、これにより、カラー４の外周面４０とラジアルベアリング本体７０の内周面７１との隙間に圧縮気体膜Ｌが形成される。この圧縮気体膜Ｌにより、ロール２に連結されたシャフト３が挿入されたカラー４のラジアル方向の荷重が非接触で支持される。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図３に示すロール装置１のＣ部拡大図であり、スラストベアリング８によるロール２のスラスト方向の荷重の支持状態を模式的に示した図である。ここでは、磁力の状態を分かりやすくするために、ボルト９、ボルト挿入孔８２、およびネジ穴７４を省略している。

一対のヨーク８０ａ、８０ｂは、磁性体で構成されているため、これらのヨーク８０ａ、８０ｂの間に挟み込まれた磁石８１により磁化されて、磁力を発生する。また、カラー４も、磁性体で構成されているため、ヨーク８０ａ、８０ｂから発生した磁力により引き寄せられる。ここで、カラー４の外周面４０には二つの環状溝４２ａ、４２ｂが形成されており、カラー４の一方の端面４１とこれらの環状溝４２ａ、４２ｂとにより、ヨーク８０ａ、８０ｂそれぞれの外周面８３ａ、８３ｂに対応する位置に、カラー４の円周方向に沿った円環状の凸部４３ａ、４３ｂが形成されている。このため、図５（Ａ）に示すように、カラー４は、スラスト方向±Ｓにおいて、カラー４の外周面４０に形成された円環状の凸部４３ａ、４３ｂがそれぞれヨーク８０ａ、８０ｂの外周面８３ａ、８３ｂに近づく方向（磁力発生手段の内側方向）へ引き寄せられ、凸部４３ａ、４３ｂの頂面４４ａ、４４ｂがそれぞれヨーク８０ａ、８０ｂの外周面８３ａ、８３ｂと対面する位置（基準位置）に維持される。

したがって、図５（Ｂ）に示すように、カラー４が図５（Ａ）に示す基準位置からスラスト方向−Ｓに移動した場合、カラー４はヨーク８０ａ、８０ｂから発生した磁力によってスラスト＋Ｓ方向（磁力発生手段の内側方向）に引き寄せられる。また、図５（Ｃ）に示すように、カラー４が図５（Ａ）に示す基準位置からスラスト方向＋Ｓに移動した場合、カラー４はヨーク８０ａ、８０ｂから発生した磁力によってスラスト−Ｓ方向（磁力発生手段の内側方向）に引き寄せられる。そして、最終的には図５（Ａ）に示す基準位置で安定する。このようにして、スラストベアリング８は、ロール２に連結されたシャフト３が挿入されたカラー４のスラスト方向の荷重を非接触で支持する。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態に係るロール装置１では、ロール２に連結されたシャフト３が挿入されたカラー４を磁性体で構成するとともに、このカラー４の外周面４０に円環状の凸部４３ａ、４３ｂを設けている。また、磁力を発生する円環状のスラストベアリング８を設けて、このスラストベアリング８にカラー４を挿入している。そして、スラストベアリング８が発生する磁力によって、カラー４に設けられた円環状の凸部４３ａ、４３ｂをスラストベアリング８の内側に引き寄せることにより、カラー４のスラスト方向の荷重を非接触で支持している。このため、背景技術で説明した従来のロール装置と異なり、スラスト軸受隙間に圧縮気体を供給するための給気路、およびスラスト軸受隙間に供給された圧縮気体を外部に排出するための排出路を設ける必要がない。また、圧縮気体を噴出するスラスト軸受面を設ける必要もない。このため、コンパクトかつ簡易な構成でロールを非接触で支持するロール装置を提供することができる。

また、本実施の形態に係るロール装置１では、ロール２に連結されたシャフト３が挿入されたカラー４に磁性体を用いることにより、このカラー４の外周面４０に円環状の凸部４３ａ、４３ｂを設けているので、スラストベアリング８によるスラスト方向の荷重の支持のために、シャフト３を磁性体で構成する必要がなく、したがって、コスト削減、およびシャフト３の設計自由度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係るロール装置１では、カラー４の円周方向に沿って、カラー４の外周面４０に環状溝４２ａ、４２ｂを形成することにより、環状溝４２ａとカラー４の一方の端面４１との間、および環状溝４２ａと環状溝４２ｂとの間に、円環状の凸部４３ａ、４３ｂを形成しているので、スラストベアリング８に対するカラー４のスラスト方向の相対位置を位置決めするための仕組みを簡易に構築することができる。

また、本実施の形態に係るロール装置１では、カラー４の外径ｒ２より大きな内径ｒ１を有する一対の円環状のヨーク８０ａ、８０ｂを鉄等の磁性体で構成するとともに、これらのヨーク８０ａ、８０ｂの間にネオジム等の磁石８１を複数個挟み込むことにより、スラストベアリング８を構成している。したがって、内径ｒ１を有する一対の円環状のヨーク８０ａ、８０ｂよりも大きな内径を有する円環状の磁石を用いてスラストベアリングを構成する場合に比べて、磁石の使用量を大幅に減らすことができ、これによりコストを削減することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態において、円環状の磁性体をシャフト３に装着させて、円環状の凸部４３ａ、４３ｂをシャフト３の外周面上に設けてもよい。あるいは、図６に示すロール装置１ａのように、円柱状の磁性体４５の一方の端面４７がシャフト３の端面３０と対面するように、円柱状の磁性体４５をボルト、接着剤等でシャフト３の端面３０に取り付けて、円環状の凸部４３ａ、４３ｂを円柱状の磁性体４５の外周面４６上に形成してもよい。また、シャフト３が磁性体で形成されているならば、円環状の凸部４３ａ、４３ｂをシャフト３の外周面上に直接形成してもよい。これらの場合、カラー４を省略してもよい。

また、上記の実施の形態では、カラー４の外径ｒ２より大きな内径ｒ１を有する一対の円環状のヨーク８０ａ、８０ｂを鉄等の磁性体で構成するとともに、これらのヨーク８０ａ、８０ｂの間にネオジム等の磁石８１を複数個挟み込むことにより、スラストベアリング８を構成しているが、本発明はこれに限定されない。スラストベアリング８は、カラー４の外周面４０に対して磁力を発生させることができるものであれば、どのような構成のものでもよい。また、使用する磁石も永久磁石に限定されず、電磁石であってもよい。

また、上記の実施の形態では、ラジアルベアリング７として、ラジアルベアリング本体７０の内周面７１側に多孔質焼結層７２が形成されているものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。多孔質焼結層７２の代わりに、ラジアルベアリング本体７０の内周面７１に、ラジアルベアリング本体７０内の通気路７５に繋がる自成絞りあるいはオリフィス絞りが形成されているものを用いてもよい。

また、上記の実施の形態では、圧縮気体を利用するラジアルベアリング（エアベアリング）７を用いて、カラー４のラジアル方向の荷重を支持しているが、本発明はこれに限定されない。スラストベアリング８からカラー４の外周面４０に向けて発生させる磁力を利用して、カラー４のラジアル方向の荷重をも非接触で支持するようにしてもよい。

１、１ａ：ロール装置、２：ロール、３：シャフト、４：カラー、５：ベアリングユニット、６：ハウジング、７：ラジアルベアリング、８：スラストベアリング、９：ボルト、２０：ロールの端面、３０：シャフトの端面、４０：カラーの外周面、４１：カラーの端面、４２ａ、４２ｂ：環状溝、４３ａ、４３ｂ：円環状の凸部、４４ａ、４４ｂ：円環状の凸部の頂面、４５：円柱状の磁性体、４６：円柱状の磁性体の外周面、４７：円柱状の磁性体の端面、７０：ラジアルベアリング本体、７１：ラジアルベアリング本体の内周面、７２：多孔質焼結層、７３：ラジアルベアリング本体の端面、７４：ネジ穴、７５：通気路、８０ａ、８０ｂ：ヨーク、８１：磁石、８２：貫通穴、８３ａ、８３ｂ：ヨークの外周面

Claims

ロールを非接触で支持するロール装置であって、
前記ロールに連結されたシャフトと、
前記シャフトの外周面あるいは端面に固定された磁性体と、
前記磁性体が固定された前記シャフトを非接触で挿入可能な内径を有する円環状の磁力発生手段と、を備え、
前記磁力発生手段は、
当該磁力発生手段が発生する磁力によって、前記磁性体を当該磁力発生手段の内側に引き寄せることにより、前記シャフトを非接触で支持する
ことを特徴とするロール装置。
請求項１に記載のロール装置であって、
前記磁性体は、前記シャフトの円周方向に沿って、当該シャフトの外周面上に設けられた円環状の磁性体である
ことを特徴とするロール装置。
請求項２に記載のロール装置であって、
前記シャフトが挿入された状態で当該シャフトに固定された、磁性体からなるカラーをさらに備え、
前記円環状の磁性体は、前記カラーの外周面上に一体的に形成されている
ことを特徴とするロール装置。
請求項３に記載のロール装置であって、
前記カラーは、
当該カラーの円周方向に沿って、当該カラーの外周面に形成された溝を有し、
前記円環状の磁性体は、
前記カラーの外周面に形成された前記溝と当該カラーの端面との間に挟まれることによって、当該カラーの外周面上に形成された凸部である
ことを特徴とするロール装置。
請求項３に記載のロール装置であって、
前記カラーは、
当該カラーの円周方向に沿って、当該カラーの外周面に形成された一対の溝を有し、
前記円環状の磁性体は、
前記カラーの外周面に形成された前記一対の溝の間に挟まれることによって、当該カラーの外周面上に形成された凸部である
ことを特徴とするロール装置。
請求項１に記載のロール装置であって、
前記磁性体は、当該磁性体の端面が前記シャフトの端面と対面するように、当該シャフトの端面に取り付けられた円柱状の磁性体である
ことを特徴とするロール装置。
請求項６に記載のロール装置であって、
前記円柱状の磁性体は、
当該磁性体の円周方向に沿って、当該磁性体の外周面に形成された溝を有する
ことを特徴とするロール装置。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のロール装置であって、
前記磁力発生手段は、
前記磁性体が固定された前記シャフトを非接触で挿入可能な内径を有する、磁性体からなる円環状の一対のヨークと、
前記一対のヨークの間に挟まれた磁石と、を有する
ことを特徴とするロール装置。