JP2015193457A - 搬送ロール及び搬送ロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下においてウエブを好適な状態で搬送し得る搬送ロールを提供する。【解決手段】搬送ロールは、円筒状の中空ロール基部２と、中空ロール基部２の外周面上に形成された円筒状の緩衝部３と、緩衝部の外周面上に形成されためっき部４と、を備える。緩衝部３の熱膨張率α３は、めっき部４の熱膨張率α４，α５以上である。搬送ロールは、高温環境下においてもウエブと接触するめっき部４の表面が平滑に維持されるため、ウエブを好適な状態で搬送することできる。【選択図】図３

Description

本発明は、ウエブを連続的に搬送する搬送ロール及び当該搬送ロールの製造方法に関する。

樹脂フィルムといった厚さが比較的薄く長尺の物体（以下、単に「ウエブ」ともいう）の製造設備や印刷設備では、ウエブを連続的に搬送する操作が行われる。このようなウエブの搬送には、従来、スチール製の搬送ロールやアルミニウム製の搬送ロールが用いられていた。近年では、軽量で比較的に比弾性率の高い繊維強化プラスチック製の搬送ロールが用いられつつある。繊維強化プラスチック製の搬送ロールによれば、設備保守作業の軽減、生産スピードの高速化、製品の薄肉化、高精度化及びウエブ欠点の抑制に効果を奏する。

このような搬送ロールの技術に関し特許文献１には、メタルロールコートが記載されている。このメタルロールコートは、強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチックを２種以上の巻き付け角度で積層してなるロール芯体と、当該ロール芯体の外側表面に施された金属めっきとを有する。

特開２００２−０６０１０５号公報

ところで、近年のウエブの製造工程では、高温環境における処理工程を含むことがある。このような工程が実施される箇所においても、ウエブを搬送するために搬送ロールが配置される。従って、高温環境下においても室温環境下と同様にウエブを好適な状態で搬送し得る搬送ロールが望まれている。

そこで、本発明は、高温環境下においてウエブを好適な状態で搬送し得る搬送ロールを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る搬送ロールは、円筒状の中空ロール基部と、中空ロール基部の外周面上に形成された円筒状の緩衝部と、緩衝部の外周面上に形成されためっき部と、を備え、緩衝部の熱膨張率は、めっき部の熱膨張率以上である。

搬送ロールを高温環境下に配置すると、緩衝部とめっき部とはそれぞれの熱膨張率に基づいて熱膨張する。この搬送ロールは、緩衝部の熱膨張率がめっき部の熱膨張率以上とされているため、緩衝部の熱膨張の度合いは、めっき部の熱膨張の度合いと同等又はそれ以上になる。さらに、この搬送ロールは、緩衝部の外周面上にめっき部が配置されている。この配置によれば、高温環境下において、めっき部が、めっき部の内側に形成された緩衝部よりも熱膨張することが防止されるため、めっき部に剥離やしわ等が生じることがない。従って、この搬送ロールによれば、高温環境下においてもウエブと接触するめっき部表面が平滑に維持されるため、ウエブを好適な状態で搬送することができる。

また、緩衝部の熱膨張率は、中空ロール基部における直径方向の熱膨張率以上であってもよい。高温環境下において、緩衝部の熱膨張を中空ロール基部の熱膨張よりも大きくし、中空ロール基部に生じ得る熱応力を低減させることができる。

また、中空ロール基部は、互いに異なる直径方向の熱膨張率を有する複数の中空ロール層を有し、複数の中空ロール層は、直径方向の熱膨張率が段階的に大きくなるように直径方向に積層されていてもよい。このような構成によれば、中空ロール基部と、緩衝部との間における熱膨張率の差異を小さくすることが可能になる。従って、熱膨張率の差異に起因する割れや剥離といった不具合の発生を抑制することができる。

また、めっき部は、互いに異なる熱膨張率を有する複数のめっき層を有し、複数のめっき層は、熱膨張率が段階的に小さくなるように直径方向に積層されていてもよい。このような構成によれば、めっき部と、緩衝部との間における熱膨張率の差異を小さくすることが可能になる。従って、熱膨張率の差異に起因する割れや剥離といった不具合の発生を抑制することができる。

また、中空ロール基部は、炭素繊維強化樹脂製の第１の中空ロール層と、第１の中空ロール層上に形成されたガラス繊維強化樹脂製の中空ロール層と、を有し、緩衝部は、アルミニウム製の金属ロール層を有し、めっき部は、緩衝部上に形成されたニッケルを含む第１のめっき層と、第１のめっき層上に形成されたクロムを含む第２のめっき層と、を有することとしてもよい。繊維強化樹脂製の中空ロール基部によれば、高剛性化と軽量化を両立できるので、搬送ロールの撓みの発生を抑制することができる。また、めっき部が金属ロール層上に形成されているため、めっき部の密着性を高めることが可能になる。従って、搬送ロール全体の変形とめっき部の密着性の向上により、ウエブと接触するめっき部表面の状態が一層平滑に維持されるため、ウエブをより好適な状態で搬送することできる。

本発明の他の形態に係る搬送ロールの製造方法は、上記搬送ロールの製造方法であって、マンドレルに強化繊維プリプレグを積層させた後に、加熱及び加圧して中空ロール基部を形成する第１の工程と、中空ロール基部の外周面上に緩衝部を形成する第２の工程と、緩衝部の外周面上にめっき部を形成する第３の工程と、を有する。

この製造方法によれば、上記効果を有する搬送ロールを製造することができる。

本発明によれば、高温環境下においてウエブを好適な状態で搬送し得る搬送ロール、及びそのような搬送ロールを製造し得る搬送ロールの製造方法が提供される。

図１は、本発明の一実施形態の搬送ロールが適用されたスリッタの構成図である。 図２の（ａ）部は本発明の一実施形態の搬送ロールを示す斜視図であり、図２の（ｂ）部は（ａ）部におけるＡ部を拡大した端面図である。 図３は、搬送ロールにおける熱膨張率の関係を示す図である。 図４は、搬送ロールを製造する方法を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、スリッタ１０は、原反ロールＲ１からウエブＷを繰り出す繰出部１１と、繰り出されたウエブＷを所定の幅に切断するスリッタ部１２と、所定の幅に切断されたウエブＷを製品ロールＲ２として巻き取る巻取部１３と、を備えている。スリッタ１０において、ウエブＷは、複数の搬送ロール１によって、所定の搬送経路に沿って搬送される。なお、ウエブＷは、例えば、プラスティック・フィルム、積層フィルム、金属箔、織物等である。

繰出部１１とスリッタ部１２との間のウエブＷの搬送経路上には、ガイドロールである対向ロール１５、及び対向ロール１５と共にウエブＷを挟持するニップロールである接圧ロール１４が配置されている。この対向ロール１５及び接圧ロール１４によって、繰出部１１でのウエブＷの張力変動がスリッタ部１２に伝播することが防止される。なお、対向ロール１５は、例えば、アルミニウム合金、鋼等の金属、高弾性炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂等の材料からなる。

巻取部１３には、巻き取られたウエブＷを介して製品ロールＲ２のコアＣに対して所定の圧力で接触させられるコンタクトロール１６が設けられている。このコンタクトロール１６によって、製品ロールＲ２に空気が巻き込まれることが防止される。なお、コアＣは、例えば、アルミニウム合金、鋼等の金属、高弾性炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂、プラスティック、紙等からなる。

次に、搬送ロール１について説明する。図２に示されるように、搬送ロール１は、円筒状の中空ロール基部２と、中空ロール基部２の外周面上に形成された円筒状の緩衝部３と、緩衝部３の外周面上に形成されためっき部４と、を備えている。

図３に示されるように、中空ロール基部２は、搬送ロール１の素管をなし、第１の中空ロール層２ａと、第２の中空ロール層２ｂとを有している。第１の中空ロール層２ａは、炭素繊維強化樹脂製（以下、単に「ＣＦＲＰ」ともいう）（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic）である４ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度の厚さを有する層であり、搬送ロール１において最も内側に位置している。第１の中空ロール層２ａの外周面上には、第２の中空ロール層２ｂが密着され、第２の中空ロール層２ｂは、第１の中空ロール層２ａと緩衝部３との間に挟み込まれている。第２の中空ロール層２ｂは、ガラス繊維強化樹脂製（以下、単に「ＧＦＲＰ」ともいう））（GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastic）である０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度の厚さを有する層である。

なお、中空ロール基部２に用いられる強化繊維には、ガラス繊維や炭素繊維のほか、黒鉛繊維、アラミド繊維等を用いてもよい。

ここで第１の中空ロール層２ａと第２の中空ロール層２ｂとは、それぞれ積層構造を有し、積層構造では、複数の互いに異なる材料からなるプリプレグが搬送ロールの中心軸に対して所定の角度で傾くように配置されている。強化繊維プリプレグとしては、炭素繊維プリプレグとガラス繊維プリプレグが好ましい。特に、炭素繊維プリプレグとガラス繊維プリプレグの組み合わせが好ましい。また、中空ロール基部２の積層構成として、炭素繊維プリプレグを積層した後に、中空ロール基部２の最外層にガラス繊維プリプレグを積層した構成が最も望ましい。

このような第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１と第２の中空ロール層２ｂの熱膨張率α２は、積層構成により設計可能であり、搬送ロール１では、第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１よりも第２の中空ロール層２ｂの熱膨張率α２が大きくなっている。第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１は３．０×１０^−６（１／Ｋ）以上２０．０×１０^−６（１／Ｋ）以下程度であり、一例として５．０×１０^−６（１／Ｋ）である。ここで、ＣＦＲＰ製の第１の中空ロール層２ａは、中心軸線に沿った方向（ＣＦ繊維方向）と直径方向とで熱膨張率が異なる。上述した第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１は、直径方向における熱膨張率である。また、第２の中空ロール層２ｂの熱膨張率α２は、１２．０×１０^−６（１／Ｋ）以上１８．０×１０^−６（１／Ｋ）以下程度であり、一例として１５．１×１０^−６（１／Ｋ）である。すなわち、内周側に位置する第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１よりも、外周側に位置する第２の中空ロール層２ｂにおける熱膨張率α２の方が大きい。このように、中空ロール基部２は、内周から外周に向かって熱膨張率が段階的に大きくなる積層構成を有している。また、中空ロール基部２が複数の層を有する場合には、中空ロール基部２の熱膨張率α１，α２は、それぞれの層が有する熱膨張率の値で示される。

緩衝部３は、中空ロール基部２とめっき部４との熱膨張率差に起因する不具合を防止するものである。緩衝部３は、中空ロール基部２における第２の中空ロール層２ｂの外周面上に形成された金属ロール層３ａを有している。金属ロール層３ａは、金属製の筒状部材であり、１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下程度の厚さを有する。また、中空ロール基部２と金属ロール層３ａとは、接着等の接合処理にはよらず、金属ロール層３ａの内径寸法と中空ロール基部２の内径寸法をしまりばめの関係に設定することにより中空ロール基部２と金属ロール層３ａとを相対的に動かし得ないようにしている。

ここで、金属ロール層３ａの材料には、中空ロール基部２の熱膨張率α１，α２以上である熱膨張率を有する金属材料が用いられる。より詳細には、金属ロール層３ａの熱膨張率α３は、中空ロール基部２の最外周に配置されて中空ロール基部２の外周面をなす第２の中空ロール層２ｂの熱膨張率α２以上である。本実施形態の金属ロール層３ａには、アルミニウムを主成分とする材料からなる。アルミニウム材の熱膨張率は、一般に２３×１０^−６（１／Ｋ）程度である。従って、緩衝部３の熱膨張率α３は、金属ロール層３ａにおける熱膨張率α３により示される。なお、その他に金属ロール層３ａの材料として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム合金、銅合金等を用いてもよい。

めっき部４は、ウエブＷとの摩擦を低減することによりウエブＷとの接触状態を良好な状態に維持するものである。めっき部４は、緩衝部３の金属ロール層３ａの外周面上に形成された第１のめっき層４ａと、第１のめっき層４ａ上に形成された第２のめっき層４ｂとを有している。第１のめっき層４ａは、ニッケル（Ｎｉ）のめっき層であり、１０μｍ以上２００μｍ以下程度の厚さを有する。また、第２のめっき層４ｂは、クロム（Ｃｒ）のめっき層であり、１０μｍ以上２００μｍ以下程度の厚さを有する。

ここで、めっき部４の熱膨張率は、第１のめっき層４ａの熱膨張率α４と、第２のめっき層４ｂの熱膨張率α５と、で示される。第１のめっき層４ａはニッケル層であるため、熱膨張率α４が１２．８×１０^−６（１／Ｋ）程度の値である。第２のめっき層４ｂはクロム層であるため、熱膨張率α５が６．８×１０^−６（１／Ｋ）程度の値である。すなわち、内周側に位置する第１のめっき層４ａの熱膨張率α４よりも、外周側に位置する第２のめっき層４ｂの熱膨張率α５の方が小さい。このように、めっき部４は、内周から外周に向かって熱膨張率が段階的に小さくなる積層構成を有している。また、めっき部４の内周面をなす第１のめっき層４ａの熱膨張係数α４は、緩衝部３を構成する金属ロール層３ａの熱膨張率α３よりも小さい。

上述した搬送ロール１の構造において、それぞれの層が有する熱膨張率α１〜α５の関係を整理する。互いに異なる層同士では、熱膨張率の差がより小さい方が好ましい。すなわち、中空ロール基部２における第２の中空ロール層２ｂの熱膨張率α２は、第１の中空ロール層２ａの熱膨張率α１より大きく、緩衝部３の金属ロール層３ａの熱膨張率α３より小さい値であることが好ましい。また、めっき部４における第１のめっき層４ａの熱膨張率α４は、第２のめっき層４ｂの熱膨張率α５より大きく、緩衝部３の金属ロール層３ａの熱膨張率α３より小さい値であることが好ましい。要するに、搬送ロール１は、内周側から外周側に向かって、熱膨張率が段階的に大きくなり、緩衝部３において最も大きい熱膨張率となり、更に外周側に向かって熱膨張率が段階的に小さくなるように各層が構成されていることが好ましい。

次に、上述した搬送ロール１の製造方法について説明する。図４に示されるように、中空ロール基部２を形成する工程（第１の工程Ｓ１）を実施する。より詳細には、中空ロール基部２を形成するための中間物をいわゆるシートワインディング法を利用して形成する。まず、複数のプリプレグを積層してシート状の強化繊維プリプレグを形成する（工程Ｓ１ａ）。次に、強化繊維プリプレグシートをマンドレルに巻き付ける。そして、マンドレルに巻き付けられた強化繊維プリプレグシートを加熱及び加圧して管状に成型する（工程Ｓ１ｂ）。

続いて、緩衝部３を形成する（第２の工程Ｓ２）。より詳細には、アルミニウム製であり管状の緩衝部３を準備する。そして、緩衝部３の内部に工程Ｓ１で形成した中空ロール基部２を圧入する。続いて、めっき部４を形成する（第３の工程Ｓ３）。より詳細には、緩衝部３の外周面に対して研磨及び化学的な処理を実施した後に、始めに第１のめっき層４ａを形成するためのニッケルめっき処理を実施する。続いて、第１のめっき層４ａ上に、第２のめっき層４ｂを形成するためのクロムめっき処理を実施する。

以上の工程Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を実施することにより、搬送ロール１が得られる。

ここで、搬送ロール１を高温環境下に配置すると、緩衝部３とめっき部４とはそれぞれの熱膨張率α３，α４，α５に基づいて熱膨張する。この搬送ロール１は、緩衝部３の熱膨張率α３がめっき部４の熱膨張率α４，α５より大きいため、緩衝部３の熱膨張の度合いは、めっき部４の熱膨張の度合いよりも大きい。さらに、この搬送ロール１は、緩衝部３の外周面上にめっき部４が配置されている。この配置によれば、高温環境下において、めっき部４が、めっき部４の内側に形成された緩衝部３よりも熱膨張することが防止されるため、めっき部４に剥離やしわ等が生じることがない。従って、高温環境下においてもウエブと接触するめっき部４の表面が平滑に維持されるため、ウエブＷを好適な状態で搬送することできる。

また、緩衝部３の熱膨張率α３は、中空ロール基部２における直径方向の熱膨張率α１，α２以上である。高温環境下において、緩衝部３の熱膨張率α３を中空ロール基部２の熱膨張率α１，α２のいずれよりも大きくし、中空ロール基部２に生じ得る熱応力を低減させることができる。

中空ロール基部２は、互いに異なる直径方向の熱膨張率α１，α２を有する第１の中空ロール層２ａと第２の中空ロール層２ｂとを有し、第１の中空ロール層２ａと第２の中空ロール層２ｂとは、直径方向の熱膨張率α１，α２が段階的に大きくなるように直径方向に積層されている。このような構成によれば、中空ロール基部２の熱膨張率α１，α２と、緩衝部３の熱膨張率α３との間における差異を小さくすることが可能になる。従って、熱膨張率α１，α２，α３の差異に起因する割れや剥離といった不具合の発生を抑制することができる。

めっき部４は、互いに異なる熱膨張率α４，α５を有する第１のめっき層４ａと第２のめっき層４ｂを有し、第１のめっき層４ａと第２のめっき層４ｂとは、熱膨張率α４，α５が段階的に小さくなるように直径方向に積層されている。このような構成によれば、めっき部４の熱膨張率α４，α５と、緩衝部３の熱膨張率α５との間における差異を小さくすることが可能になる。従って、熱膨張率α３，α４，α５の差異に起因する割れや剥離といった不具合の発生を更に抑制することができる。

また、繊維強化樹脂製の中空ロール基部２によれば、高剛性化と軽量化を両立できるので、搬送ロール１の撓みの発生を抑制しつつ長尺化することができる。また、めっき部４が金属ロール層３ａ上に形成されているため、めっき部４の密着性を高めることが可能になる。従って、搬送ロール１全体の変形とめっき部の密着性の向上により、ウエブＷと接触するめっき部４表面の状態が一層平滑に維持されるため、ウエブＷをより好適な状態で搬送することできる。

この搬送ロールの製造方法によれば、上記効果を有する搬送ロール１を容易に製造することができる。

以上、本発明の一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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、中空ロール基部２と、緩衝部３と、めっき部４とを構成するそれぞれの材料は、上述した材料の他に、熱膨張率の関係を満たすその他の材料を用いてもよい。また、中空ロール基部２と、めっき部４とは、１層であってもよく、３層以上の構成であってもよい。また、本発明の搬送ロールは、高温環境下においてウエブを取り扱うその他の種々の工程においても好ましく使用することができる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

表１に示される材料及び寸法を有する実施例１及び比較例１，２の搬送ロールを用意した。実施例１の搬送ロールは、円筒型のマンドレルに炭素繊維プリプレグを巻き付けて積層した後に、最も外側の層にガラス繊維プリプレグを積層して加熱処理して硬化させ緩衝部としてアルミニウム製の円筒を配置し、その緩衝部の外側表面にニッケル及びクロムメッキを施したものである。また、比較例１の搬送ロールは、アルミニウム製の中空ロール基部の外周面上にクロムメッキを施したものである。すなわち、中空ロール基部が金属製である点で実施例１の搬送ロールと相違している。また、比較例２の搬送ロールは、ＣＦＲＰ製の中空ロール基部の外周面上にニッケルメッキを施したものである。すなわち、ＣＦＲＰ製の中空ロール基部の外周面に直接にめっき部を形成している点で実施例１の搬送ロールと相違している。

まず、それぞれの搬送ロールにおいて、中心軸線に沿った長手方向の中央に５０ｋｇｆの錘を吊下げて荷重を負荷した時に生じるたわみを確認した。続いて、それぞれの搬送ロールを室温から１５０℃まで昇温し、１５０℃の高温環境に２時間放置し、室温まで降温した。そして、室温まで降温した後に、外観を観察した。

表１に示されるように、実施例１では、たわみが小さく、１５０℃加熱後に外観に異常は発見されなかった。比較例１では、加熱後の外観に異常は発見されなかったが、中空ロール基部の剛性が低いためにたわみが大きかった。比較例２では、たわみは実施例１と略同等であったが、加熱後にめっき部の剥離を確認した。

すなわち、強化繊維樹脂製の中空ロール基部を有する実施例１及び比較例２の搬送ロールは、アルミニウム製の中空ロール基部を有する実施例２の搬送ロールよりもたわみが小さかった。従って、中空ロール基部の材料には、強化繊維樹脂が好適であることがわかった。また、めっき部の下地が強化繊維樹脂製のロールである場合（比較例２）には、めっき部の剥離が発生したが、めっき部の下地がアルミニウム製である場合（実施例１及び比較例１）には、めっき部に異常は発生しなかった。従って、めっき部の下地として金属製の層を用いることは、めっき部の異常の発生を防止し得ることがわかった。

また、実施例１の搬送ロールは、１５０℃の高温環境下においてウエブを好適な状態で搬送し得るロールとして使用し得ることがわかった。

※中空ロール基部の熱膨張率は直径方向の熱膨張率である。

１…搬送ロール、２…中空ロール基部、２ａ…第１の中空ロール層、２ｂ…第２の中空ロール層、３…緩衝部、３ａ…金属ロール層、４…めっき部、４ａ…第１のめっき層、４ｂ…第２のめっき層、Ｗ…ウエブ、α１…第１の中空ロール層の熱膨張率、α２…第２の中空ロール層の熱膨張率、α３…緩衝部の熱膨張率、α４…第１のめっき層の熱膨張率、α５…第２のめっき層の熱膨張率。

Claims (6)

1. 円筒状の中空ロール基部と、
   前記中空ロール基部の外周面上に形成された円筒状の緩衝部と、
   前記緩衝部の外周面上に形成されためっき部と、を備え、
   前記緩衝部の熱膨張率は、前記めっき部の熱膨張率以上である、搬送ロール。
2. 前記緩衝部の熱膨張率は、前記中空ロール基部における直径方向の熱膨張率以上である、請求項１に記載の搬送ロール。
3. 前記中空ロール基部は、互いに異なる直径方向の熱膨張率を有する複数の中空ロール層を有し、
   前記複数の中空ロール層は、直径方向の熱膨張率が段階的に大きくなるように直径方向に積層されている、請求項１又は２に記載の搬送ロール。
4. 前記めっき部は、互いに異なる熱膨張率を有する複数のめっき層を有し、
   前記複数のめっき層は、熱膨張率が段階的に小さくなるように直径方向に積層されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の搬送ロール。
5. 前記中空ロール基部は、炭素繊維強化樹脂製の第１の中空ロール層と、前記第１の中空ロール層上に形成されたガラス繊維強化樹脂製の中空ロール層と、を有し、
   前記緩衝部は、アルミニウム製の金属ロール層を有し、
   前記めっき部は、前記緩衝部上に形成されたニッケルを含む第１のめっき層と、前記第１のめっき層上に形成されたクロムを含む第２のめっき層と、を有する、請求項１〜４の何れか一項に記載の搬送ロール。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の搬送ロールの製造方法であって、
   マンドレルに強化繊維プリプレグを積層させた後に、加熱及び加圧して中空ロール基部を形成する第１の工程と、
   前記中空ロール基部の外周面上に緩衝部を形成する第２の工程と、
   前記緩衝部の外周面上にめっき部を形成する第３の工程と、を有する、搬送ロールの製造方法。

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