JP2015200399A

JP2015200399A - 工業用ローラー

Info

Publication number: JP2015200399A
Application number: JP2014081184A
Authority: JP
Inventors: 洋一石川; Yoichi Ishikawa; 利光松岡; Toshimitsu Matsuoka
Original assignee: Polymer Tech Co Ltd
Current assignee: Polymer Tech Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】大きな負荷に対しても従来に比べて十分に大きな強度を有するＣＦＲＰを用いた工業用ローラーを提供すること。【解決手段】ＣＦＲＯ回転円筒体１と、その両端部に結合され回転の軸受け部分に回転可能に保持される回転軸体２とから構成され、回転軸体２は、ＣＦＲＰ回転円筒体１に内接する円筒状のＣＦＲＰ接続円筒部５と、それに内接する金属接続円筒部３と、それと一体として構成され軸受け部分に保持される回転軸部４とを有し、ＣＦＲＰ接続円筒部５と金属接続円筒部３との間の第一の固定手段として、ＣＦＲＰ接続円筒部５に軸対称に４箇所設けたスリット状の穴６と、穴６挿入され金属接続円筒部３に固定された４つの固定キー７とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、各種フィルムの製造装置や印刷機などにおいて用いられる工業用ローラーに関し、特にＣＦＲＰ円筒を回転体に用いた工業用ローラーに関する。

光学フィルムや各種の樹脂シートの製造においては、加圧された２つのローラーの間に材料を通過させて延伸させ、そのローラーへ加える圧力の調整などにより所望の厚さのフィルムやシートに加工する装置が使用されている。このような加工装置への応用例が特許文献１及び２に記載されている。また、特許文献３に記載のように、印刷機においては孔版原紙に印刷用紙を押圧するプレスローラーなどが使用されている。通常、これらの工業用ローラーは金属円筒を用いて構成されている。

一方、近年、新たな工業用材料としてＣＦＰＲ（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ：炭素繊維強化プラスチック）が開発され、その、高強度、軽量、低熱膨張率、高耐蝕などの優れた性質を利用して様々な工業製品に適用されている。このＣＦＲＰを工業用ローラーの回転円筒に用いた場合、軽量で剛性が高いことにより回転時の撓みや回転駆動に対する負荷を小さくできるので、高速回転や高精度の回転が可能となること、ローラーの始動や制御が容易になることなどの多くの利点が得られる。

従来もＣＦＲＰの工業用ローラーへの適用は行われている。この場合、回転円筒をＣＦＲＰで構成し、回転の軸受け部分または回転の駆動部分に保持される回転軸を構成する部分、すなわち回転軸体は加工が容易で十分な強度が得られる金属により構成されている。図５は、その従来の工業用ローラーの構成の一例を示す部分断面図である。図５における工業用ローラー３０は、回転円筒体であるＣＦＲＰ回転円筒体１と、ＣＦＲＰ回転円筒体１の両端部に結合された回転軸体３２とから構成され、回転軸体３２は、金属により構成されＣＦＲＰ回転円筒体１に内接する円筒状の金属接続円筒部３３と、金属接続円筒部３３と一体として構成され軸受け部分または駆動部分に保持される回転軸部３４とから構成されている。さらに、ＣＦＲＰ回転円筒体１と金属接続円筒部３３とは一般的に接着固定されている。

特開２０１２−１１０９３５号公報特開２０１３−２２３８７１号公報特許第３０２０７０１号公報

一般的に、工業用ローラーを上記のような材料の延伸加工などに使用する場合、使用材料やその加工形状によりＣＦＲＰ回転円筒体と回転軸体には大きな負荷がかかる場合が多い。そこで、ＣＦＲＰを用いた工業用ローラーを広範な用途に適用しようとする場合、ＣＦＲＰ回転円筒体と回転軸体との間の固定強度が問題となる。回転円筒体を構成するＣＦＲＰと回転軸体を構成する金属とは熱膨張率、弾性率など材質が大きく異なるため、ＣＦＲＰ回転円筒体と金属接続円筒部との間の接着固定強度が十分得られない場合が多い。この固定強度が不十分であると、使用時の負荷の増加により接着が剥離し回転円筒体が抜けてしまうという問題が発生する。このため、従来はＣＦＲＰの工業用ローラーへの適用範囲が限られていた。

そこで、本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、大きな負荷に対しても従来に比べて十分に大きな強度を有するＣＦＲＰを用いた工業用ローラーを提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、回転する回転円筒体と、該回転円筒体の両端部に結合され前記回転の軸受け部分または前記回転の駆動部分に回転可能に保持される回転軸体とから構成される工業用ローラーにおいて、前記回転円筒体は炭素繊維強化プラスチックにより構成され、前記回転軸体は、炭素繊維強化プラスチックにより構成され前記回転円筒体に内接する円筒状のＣＦＲＰ接続円筒部と、金属により構成され前記ＣＦＲＰ接続円筒部に内接する円筒状の金属接続円筒部と、該金属接続円筒部と一体として構成され前記軸受け部分または前記駆動部分に保持される回転軸部とを有し、前記ＣＦＲＰ接続円筒部と前記金属接続円筒部との間の第一の固定手段と前記回転円筒体と前記ＣＦＲＰ接続円筒部との間の第二の固定手段とを有し、前記第一の固定手段は前記ＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴または溝と、前記穴または前記溝に挿入され前記金属接続円筒部に固定または一体化された固定キーとを有することを特徴とする工業用ローラーを提供する。

上記のように、本発明においては、ＣＦＲＰ回転円筒体と金属接続円筒部との間にＣＦＲＰ接続円筒部を介在させ、ＣＦＲＰ接続円筒部と金属接続円筒部との間の第一の固定手段として、ＣＦＲＰ接続円筒部に穴または溝を設け、その穴または溝に、金属接続円筒部に固定または一体化された固定キーを差し込み固定することで、互いに材質が異なるＣＦＲＰ接続円筒部と金属接続円筒部との間を固定する。また、ＣＦＲＰ回転円筒体とＣＦＲＰ接続円筒部は同じ材質であるので、それらの間の固定は接着固定や融着など様々な一般的な固定手段を選択することが出来る。これにより、大きな回転負荷に対しても、金属接続円筒部に固定された固定キーがＣＦＲＰ接続円筒部から抜けることはないため、従来に比べて十分に大きな強度を有するＣＦＲＰを用いた工業用ローラーを得ることができる。

なお、ＣＦＲＰ回転円筒体自体に穴や溝を設けて、金属接続円筒部と直接に固定した場合には、その穴や溝の部分においてＣＦＲＰ回転円筒体の強度が弱くなってしまい、大きな回転負荷をかけることができない。本発明においては、ＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴や溝はその上から同じ材質のＣＦＲＰ回転円筒体に覆われて固定されるので、強度は劣化しない。

第２の観点では、本発明は、第1の観点の工業用ローラーにおいて、前記第一の固定手段は、前記ＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴と、該穴に挿入された固定キーと、該固定キーを前記金属接続円筒部に固定する手段を有することを特徴とする。固定キーをＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴に差し込むことで軸方向の負荷に対しても抜けにくくなる。また、ＣＦＲＰ接続円筒部の穴に固定キーを挿入した状態でその固定キーを金属接続円筒に固定することで、穴の位置や大きさの選択範囲が広くなり、目的に合わせた設計がしやすくなる。固定キーの金属接続円筒への固定方法は、ねじや固定ピンによる方法、金属接続円筒に開けた固定キーの形状に合わせた穴への嵌めあいによる方法などがある。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点による工業用ローラーにおいて、前記固定キーに設けた丸穴と、前記金属接続円筒部の前記丸穴に対向する位置に設けた丸穴またはねじ穴とを有し、前記固定キーに設けた前記丸穴と、前記金属接続円筒部に設けた前記丸穴または前記ねじ穴にピンまたはねじを挿入して前記固定キーを前記金属接続円筒部に固定したことを特徴とする。例えば、固定キーを金属などの加工が容易で強度が大きな材料で構成し、それに穴を開けて金属接続円筒部とねじ固定を行うことにより容易にかつ低コストでＣＦＲＰ接続円筒部と金属接続円筒部との間を固定することができる。

第４の観点では、本発明は、前記第２または第３の観点による工業用ローラーにおいて、前記金属接続円筒部の前記固定キーが固定される表面に前記固定キーの接触部分の形状に対応する形状の窪みを有することを特徴とする。このように金属接続円筒部の表面に固定キーの形状に対応する形状の窪みを設け、固定キーを金属接続円筒部に若干埋め込むことによって、ねじやピンのみによる固定よりも回転負荷に対する固定キーと金属接続円筒部との間の固定強度を大きくすることができる。

第５の観点では、本発明は、前記第１の観点による工業用ローラーにおいて、前記第一の固定手段は、前記ＣＦＲＰ接続円筒部の端部に設けた溝と、前記金属接続円筒部に一体として形成され、前記溝に挿入された突起状の固定キーとを有することを特徴とする。このように、ＣＦＲＰ接続円筒部の端部に切り込みや窪みなどからなる溝を設け、金属接続円筒部のＣＦＲＰ接続円筒部が嵌る部分にその溝の形状に対応した突起部分を設けてそれを固定キーとすることで、回転方向の負荷に対してＣＦＲＰ接続円筒部の滑りや抜けを防ぐことができる。また、固定キーを金属接続円筒部と一体化させることで、より低コストで本発明を実現することができる。

第６の観点では、本発明は、前記第１乃至第５のいずれかの観点による工業用ローラーにおいて、前記第二の固定手段は接着による固定であることを特徴とする。最も一般的な固定方法である接着を用いることにより、より低コストで本発明を実現することができる。

上記のように、本発明の工業用ローラーによれば、大きな負荷に対しても従来に比べて十分に大きな強度を有するＣＦＲＰを用いた工業用ローラーが得られる。

実施例１に係る工業用ローラーの構成を示す部分断面図。実施例１に係る工業用ローラーの構成を示す部分断面拡大図。実施例１の工業用ローラーの分解部品図であり、（ａ）はＣＦＲＰ回転円筒体の部分断面図、（ｂ）はＣＦＲＰ接続円筒部の断面図、（ｃ）は回転軸部および金属接続円筒部の断面図。実施例２に係る工業用ローラーの構成を示す部分断面図。従来の工業用ローラーの構成の一例を示す部分断面図。

以下、図面を参照して本発明の工業用ローラーを実施例により詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複した説明を省略する。

図１および図２は、実施例１に係る工業用ローラーの構成を示す図であり、図１は部分断面図、図２はその部分拡大図である。また図３は実施例１の工業用ローラーの分解部品図であり、（ａ）はＣＦＲＰ回転円筒体の部分断面図、（ｂ）はＣＦＲＰ接続円円筒部の断面図、（ｃ）は回転軸部および金属接続円筒部の断面図である。図１に示すように、本実施例の工業用ローラー１０は、ＣＦＰＲにより構成されたＣＦＲＯ回転円筒体１と、そのＣＦＲＰ回転円筒体１の両端部に結合され回転の軸受け部分または駆動部分に回転可能に保持される回転軸体２とから構成されている。回転軸体２は、ＣＦＲＰにより構成されＣＦＲＰ回転円筒体１に内接する円筒状のＣＦＲＰ接続円筒部５と、金属により構成されＣＦＲＰ接続円筒部５に内接する円筒状の金属接続円筒部３と、金属接続円筒部３と一体として構成され軸受け部分または駆動部分に保持される回転軸部４とを有している。さらに、図２、図３に示すように、ＣＦＲＰ接続円筒部５と金属接続円筒部３との間の第一の固定手段として、ＣＦＲＰ接続円筒部５に軸対称に４箇所設けたスリット状の穴６と、穴６に挿入され金属接続円筒部３に固定された４つの固定キー７とを有している。固定キー７は金属接続円筒部３と同じ金属で形成され穴６に内接する形状を有している。

また、本実施例においては、それぞれの固定キー７に２つの丸穴８を設け、金属接続円筒部３の丸穴８に対向するそれぞれの位置にねじ穴９を設け、丸穴８にねじ１１を挿入して固定キー７を金属接続円筒部３に固定している。さらに、金属接続円筒部３の固定キー７が固定される表面に固定キー７の接触部分の形状に対応する形状の窪み１２を有している。

また、ＣＦＲＰ回転円筒体１とＣＦＲＰ接続円筒部５との間の第二の固定手段として、これら両者の間はエポキシ接着剤により接着固定を行っている。

ここで、本実施例の具体的な構成の一例を示す。ＣＦＲＰ回転円筒体１の外径は２００ｍｍ、内径は１５０ｍｍ、長さは１５００〜２５００ｍｍとし、ＣＦＲＰ接続円筒部５の外径は１５０ｍｍ、内径は１３０ｍｍ、長さは３００ｍｍ、金属接続円筒部３を含めた回転軸体２の材料はステンレス鋼などとし、金属接続円筒部３の外径は１３０ｍｍ、内径は１１０ｍｍ、長さは２００ｍｍ、とすることができる。また、円筒部分の嵌め合いのため、それぞれの円筒の内径および外径は最適な寸法公差で作製される。固定キー７の材料はステンレス鋼などとし、その形状は、長さ７０ｍｍ、幅８ｍｍ、高さ１０ｍｍとし、穴６の形状は固定キー７に嵌め合うように設計する。また、金属接続円筒部３の表面に設けた窪み１２の深さは２ｍｍ程度、ねじ１１はＭ６とし、それに合わせて丸穴８の形状を定める。丸穴８はねじ１１の頭を埋め込む部分を有している。なお、回転軸部４の形状は目的とする装置の軸受け部などに合わせて設計される。例えば、軸受けなどに支持される端部の外径は５５ｍｍ、それと金属接続円筒部３との間の継ぎ部分の外径は８０ｍｍとすることができる。また、金属接続円筒部３にはＣＦＲＰ回転円筒体１の外径に合わせた鍔を設けている。

以上のように、本実施例においては、大きな回転負荷に対しても、金属接続円筒部３に固定された固定キー７がＣＦＲＰ接続円筒部５から抜けることはないため、十分に大きな強度を有するＣＦＲＰを用いた工業用ローラーを得ることができる

図４は、実施例２に係る工業用ローラーの一部の部分断面図である。図４において、本実施例の工業用ローラー２０は、実施例１と同様なＣＦＲＰ回転円筒体１と、そのＣＦＲＰ回転円筒体１の両端部に結合され回転の軸受け部分または駆動部分に回転可能に保持される回転軸体２２とから構成されている。回転軸体２２は、ＣＦＲＰ回転円筒体１に内接する円筒状のＣＦＲＰ接続円筒部２５と、金属により構成されＣＦＲＰ接続円筒部２５に内接する円筒状の金属接続円筒部２３と、金属接続円筒部２３と一体として構成され軸受け部分または駆動部分に保持される回転軸部２４とを有している。さらに、ＣＦＲＰ接続円筒部２５と金属接続円筒部２３との間の第一の固定手段として、ＣＦＲＰ接続円筒部２５の端部に設けた４つの溝２６と、金属接続円筒部２３に一体として形成され、溝２６に挿入される突起状の固定キー２７とを有している。固定キー２７は溝２６に内接する形状を有している。ここで、溝２６はＣＦＲＰ接続円筒部２５の内面から外面に貫通する溝であってもよく、または十分な深さを有する内面に設けた窪みであってもよい。固定キー２７の突起の高さは溝２６の深さに合わせて設定される。

本実施例の工業用ローラー２０は第一の固定手段以外の部分は実施例１と同様な形状とすることができる。固定キー２７の形状も実施例１の固定キー７と類似の形状とすることができる。

本実施例においてはＣＦＲＰ接続円筒部２５を溝２６と固定キー２７が合致するように軸方向から金属接続円筒部２３に挿入することができる。ＣＦＲＰ接続円筒部２５を金属接続円筒部２３に挿入する際に両者を接着固定してもよい。その後、実施例１と同様に、ＣＦＲＰ回転円筒体１とＣＦＲＰ接続円筒部２５とを接着固定する。

本実施例の工業用ローラーは実施例１に比べると組み立て工数が少ないという利点がある。軸方向の引っ張り負荷に対しては実施例１より強度は小さいが、回転方向の負荷に対しては実施例１と同様に大きな強度が得られる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的や用途に応じて設計変更可能である。例えば、ＣＦＲＰ回転円筒体の形状は目的に合わせて設計でき、ＣＦＲＰ接続円筒部の形状、金属接続円筒部、固定キーの材料や形状などもＣＦＲＰ回転円筒体の形状、回転負荷の大きさなどにより最適な構成を選択可能である。

１ＣＦＲＰ回転円筒体
２、２２、３２回転軸体
３，２３、３３金属接続円筒部
４、２４、３４回転軸部
５、２５ＣＦＲＰ接続円筒部
６穴
７、２７固定キー
８丸穴
９ねじ穴
１１ねじ
２６溝

Claims

回転する回転円筒体と、該回転円筒体の両端部に結合され前記回転の軸受け部分または前記回転の駆動部分に回転可能に保持される回転軸体とから構成される工業用ローラーにおいて、前記回転円筒体は炭素繊維強化プラスチックにより構成され、前記回転軸体は、炭素繊維強化プラスチックにより構成され前記回転円筒体に内接する円筒状のＣＦＲＰ接続円筒部と、金属により構成され前記ＣＦＲＰ接続円筒部に内接する円筒状の金属接続円筒部と、該金属接続円筒部と一体として構成され前記軸受け部分または前記駆動部分に保持される回転軸部とを有し、前記ＣＦＲＰ接続円筒部と前記金属接続円筒部との間の第一の固定手段と前記回転円筒体と前記ＣＦＲＰ接続円筒部との間の第二の固定手段とを有し、前記第一の固定手段は前記ＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴または溝と、前記穴または前記溝に挿入され前記金属接続円筒部に固定または一体化された固定キーとを有することを特徴とする工業用ローラー。
前記第一の固定手段は、前記ＣＦＲＰ接続円筒部に設けた穴と、該穴に挿入された固定キーと、該固定キーを前記金属接続円筒部に固定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の工業用ローラー。
前記固定キーに設けた丸穴と、前記金属接続円筒部の前記丸穴に対向する位置に設けた丸穴またはねじ穴とを有し、前記固定キーに設けた前記丸穴と、前記金属接続円筒部に設けた前記丸穴または前記ねじ穴にピンまたはねじを挿入して前記固定キーを前記金属接続円筒部に固定したことを特徴とする請求項２に記載の工業用ローラー。
前記金属接続円筒部の前記固定キーが固定される表面に前記固定キーの接触部分の形状に対応する形状の窪みを有することを特徴とする請求項２または３に記載の工業用ローラー。
前記第一の固定手段は、前記ＣＦＲＰ接続円筒部の端部に設けた溝と、前記金属接続円筒部に一体として形成され、前記溝に挿入された突起状の固定キーとを有することを特徴とする請求項１に記載の工業用ローラー。
前記第二の固定手段は接着による固定であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の工業用ローラー。