JP2015231915A

JP2015231915A - 接触ニップロール

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Publication number: JP2015231915A
Application number: JP2015134684A
Authority: JP
Inventors: ビー．ニューハウスケビン; b newhouse Kevin; イー．テイトブルース; E Tait Bruce; エル．ロペスワルド; l lopez Waldo
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: CN102548882B; US9290351B2; WO2011046885A2; EP2488432A2; CN102548882A; KR20120089713A; EP2488432A4; EP2488432B1; KR101759364B1; JP6236041B2; US20120199627A1; WO2011046885A3; JP2013507307A

Abstract

【課題】ニップ後にウェブが加速する長さ配向装置において、ウェブ厚さの変動、有意なウェブ応力の差を引き起こしうる。【解決手段】改良接触ニップロール２３０と、改良接触ニップロールを組み立てるための方法と、ウェブを挟むためのシステム、及びウェブを挟むための方法を提供する。改良接触ニップロールは、ウェブ厚さの変動に対する柔軟性を提供し得る内側のより軟質なコア２３６を組み入れている一方、剛性の環状リング２６０及びより硬質な外側被覆は、均一な接触面積を維持することができる。【選択図】図２

Description

従来のウェブ加工は典型的に、例えば、ニップ後にウェブが加速する長さ配向装置（length orienter）におけるように、ニップロールを使用して、異なる張力下にあるウェブラインの部分を分離する。長さ配向装置（length orientating equipment）をウェブが通過する際、ウェブ延伸プロセスにより、ウェブの幅方向と下流方向の両方においてウェブ厚さの変動が生じ得る。厚さ変動は通常、軟質又は硬質のニップロールを用いることによって管理される。軟質ニップ表面は、ロールの表面に沿って接触面積の幅を変動させ得る。この変動は、２本のロールの間の相対的な動きを変動させる可能性があり、これによりウェブの毛羽立ちが生じることがある。同様に、硬質ニップ表面は、欠陥のある部位及び／又は厚くなったウェブ厚さの部位のみに対して高いニップ圧力を生じさせる可能性があり、有意なウェブ応力の差を引き起こし得る。そのようなウェブ応力はウェブ経路を介して伝搬して、これによりウェブの溝形成、ウェブのしわ、及び最終的に恒久的なウェブひずみが生じる可能性がある。

一態様において、本発明は、軸を有するシャフトと、そのシャフトに環状に接触している第１柔軟性材料と、複数の積層した環状リングと、を含む、改良接触ニップロールを提供する。複数の積層した環状リングの各環状リングは、第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、軸と同心の外側縁部と、を含む。

別の一態様において、本開示は、軸を有するシャフト上に、環状に接触している第１柔軟性材料を形成する工程と、複数の環状リングをその第１柔軟性材料上に積層させる工程と、を含む、改良接触ニップロールを組み立てるための方法を提供する。複数の環状リングの各環状リングは、第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、外側縁部と、を含む。改良接触ニップロールを組み立てるための方法は、この積層体を長手方向に圧迫するよう圧力をかける工程と、この積層体に対する圧力を維持するため、エンドプレートをシャフトに固定する工程と、複数の環状リングのそれぞれの外側縁部から材料を除去することにより、外側縁部を軸と同心にする工程と、を更に含む。

更に別の一態様において、本開示は、ニップロールと、そのニップロールに対して平行に配置されニップラインを形成する第２ロールと、を含む、ウェブを挟むためのシステムを提供する。このニップロールは、軸を有するシャフトと、そのシャフトに環状に接触している第１柔軟性材料と、複数の積層した環状リングと、を含む。複数の環状リングの各環状リングは、第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、軸と同心である外側縁部と、を含む。第２ロールは、ニップラインで軸から一定距離ずれた外側表面を含み、第２ロールと、複数の環状リングの外側縁部との両方に接触しているウェブは、ニップラインで、複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの外側縁部を放射方向にずらすことができる。

更に別の一態様において、本開示は、ニップロールと第２ロールとの間にウェブを配置する工程と、そのニップロールと第２ロールとの間にウェブを挟むための圧力をかける工程と、を含む、ウェブを挟むための方法を提供する。第２ロールは、ニップロールに対して平行に配置され、ニップラインを形成する。このニップロールは、軸を有するシャフトと、そのシャフトに環状に接触している第１柔軟性材料と、複数の積層した環状リングと、を含む。複数の環状リングの各環状リングは、第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、軸と同心である外側縁部と、を含む。第２ロールは、ニップラインで軸から一定距離ずれた外側表面を含み、ウェブは、ニップラインで、ニップロール内の複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの外側縁部を放射方向にずらす。

上記概要は、本発明の開示した各々の実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図したものではない。図面及び以下の詳細な説明によって、例示的実施形態をより具体的に例示する。

本明細書を通して、添付の図面を参照し、ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。
ウェブラインの概略斜視図。ニップ点の概略断面図。ニップ点の概略断面図。ニップの概略断面図。改良接触ニップロールの一部の概略斜視図。改良接触ニップロールの一部の概略透視図。改良接触ニップロールの一部の概略斜視図。環状リングの概略斜視図。環状リングの概略平面図。環状リングの概略平面図。環状リングの概略平面図。改良接触ニップロールの製造概略透視図。改良接触ニップロールの製造概略透視図。改良接触ニップロールの製造概略透視図。改良接触ニップロールの製造概略透視図。改良接触ニップロールの製造概略透視図。接触幅測定値対ウェブ厚さのグラフ。

図面は、必ずしも原寸に比例していない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字でラベル付けされた別の図中の構成要素を限定するものではないことが理解されよう。

本出願は、ニップにおける改良接触ニップロールと接触ロールとの間の改善された接触面積を提供し得るような、改良接触ニップロールについて記述するものである。この改良接触ニップロールは、ウェブ厚さの変動にうまく対応することに伴う課題を、補償的な柔軟なニップ表面を提供することにより克服することができる。改良接触ニップロールは、ウェブ厚さの変動に対する柔軟性を提供し得る内側のより軟質なコアを組み入れている一方、剛性の環状リング及びより硬質な外側被覆は、均一な接触面積を維持することができる。

この改良された接触面積は、厚さのいかなる変動又はウェブ材料に存在するいかなる欠陥にも関わらず、本質的に均一であり得る。特定の一実施形態において、改良接触ニップロールの設計は、内側シャフト、例えばアルミニウム又は鋼鉄などの金属製シャフトを含む。内側シャフトは、第１の柔軟性材料、例えば約２０のジュロ硬度を有する柔らかいウレタン材料で覆われている。複数の環状リング、例えば幅約３／１６インチ（４．７６ｍｍ）の積層されたアルミニウムリングが、この第１柔軟性材料上に配置され、第２の柔軟性材料、例えば約８０〜９０のジュロ硬度を有する、より硬質のウレタン被覆がこの上に配置される。改良接触ニップロールは、可撓性かつ柔軟性で、ニップにおける２本のロール間の圧力を、ロールのニップラインに沿ってほぼ等しく維持することができる。

従来型の長さ配向装置では、ウェブひずみの問題を克服するために、複数の「Ｓ」ラップ配置で複数のロールを利用し得る。この従来型アプローチに代わり、本改良接触ニップロールは、ウェブをより効率的に移動させ、配向装置に必要なロールの数が低減される。より少ない数のロールですむため、購入が必要なロール数が少ないこと、メンテナンスが少ないこと、ウェブ形成が大幅に改善されることを含む、コスト削減を提供することができる。加えて、改良接触ニップロールはウェブ応力の差を排除することができるため、延伸及びコーティング後の作業には、もはや「バンパーロール」（即ち、ロール直径を増大させて摩擦を大きくするためにウェブ縁部下の外側端部にテープで固定されるロール）の必要がなくなる。改良接触ニップロールは、ロールの処理収量（ＲＴＹ）と最終製品品質の両方を改善することができる。

図１Ａは、本開示の一態様による、ニップ１２０付近のウェブライン１００の概略斜視図である。特定の一実施形態において、ニップ１２０は、ウェブ１１０の、例えば第１張力Ｔ１、第２張力Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）などの異なる張力を有する領域を区切るのに使用することができる。ウェブ張力の差は、例えばウェブ長さ配向装置（ＬＯ）によって生じ得る。ウェブＬＯは、張力方向に沿ってウェブ１１０を延伸する第２張力Ｔ２をもたらす。ニップ１２０は、第２張力Ｔ２を受けるウェブ１１０を、ニップ１２０の反対側にあるウェブ１１０から区切り、ウェブは、例えば押出成形機（図示なし）から、より低い第１張力Ｔ１でニップ１２０に供給される。ニップ１２０は、第１ニップロール１３０、第２ニップロール１４０、及びニップライン１５０を含む。第１ニップロール１３０及び第２ニップロール１４０は、ニップライン１５０に沿って互いに押し付けられ、ウェブ１１０上にニップ圧力「Ｐ」を生じさせて、ニップライン１５０を通る滑りが生じるのを防止し、これにより、張力の相違が生じる。ウェブ１１０の均一性は、ニップライン１５０に沿ったニップ圧力Ｐの均一性によって影響を受け得る。

図１Ｂは、本開示の一態様による図１Ａの区分Ａ−Ａ’に沿った、ニップ点１２０の概略断面図である。図１Ｂにおいて、第１ニップロール１３０は、ウェブ１１０の公称ウェブ厚さ「ｔ」及びウェブ１１０上の高さ「ｄ」を有する欠陥１１５の距離だけ、第２ニップロール１４０から離れている。欠陥１１５の存在は、ニップライン１５０に沿ったニップ圧力Ｐの均一性を低減させ得る。図１Ｂに示される一事例において、第１ニップロール１３０及び第２ニップロール１４０は両方とも、例えば金属などの非可撓性材料から製造され得る。この場合、欠陥１１５のないウェブ１１０の領域は、ニップ圧力Ｐが公称ウェブ厚さｔでのウェブ１１０の滑りを防止するのに十分な大きさでない限り、ニップライン１５０を通過して滑る可能性がある。そのような圧力Ｐは、ニップライン１５０を通過する際に欠陥１１５を圧迫して、ウェブ１１０にひずみ又は不均一性が生じ得る。

図１Ｃは、本開示の別の一態様による図１Ａの区分Ａ−Ａ’に沿った、ニップ点１２０の概略断面図である。図１Ｃにおいて、第１ニップロール１３０’は柔軟性材料で製造されており、これは、ニップライン１５０に沿ってニップ圧力Ｐを過度に増加させることなく、欠陥１１５に適合するよう十分に変形することができる。第１ニップロール１３０’の変形によって、ニップライン１５０に沿った接触幅Ｗが変わり得る。第１ニップロール１３０’の変形によって更に、第１ニップロールの表面速度も変わり得るが、これは、第１ニップロール１３０’の第１半径Ｒ_０が、第２半径Ｒ_１へと減少するためである。この表面速度の変化は、欠陥１１５付近に剪断力を生じさせる可能性があり、これによりウェブ１１０にひずみ又は不均一性が生じ得る。

図２は、本開示の一態様による、図１Ａのニップライン１５０に沿ったニップ２００の概略断面図である。ニップ２００は、第１長手方向軸２３４を有する中央シャフト２３２を有する改良接触ニップロール２３０を含む。第１柔軟性材料２３６は、シャフト２３２と環状に接触している。第１柔軟性材料２３６は、比較的低い弾性率を有する任意の材料であり得、例えばゴム（ブチルゴム、又はエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴムなど）、シリコーン（シリコーンゴムなど）、コポリマー（スチレンブタジエンスチレン（ＳＢＳ）ブロックコポリマー又はスチレンブタジエンエチレンスチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマーなど）、ポリウレタン、及び同様物が挙げられる。

特定の一実施形態において、第１柔軟性材料２３６は、所望により、第１柔軟性材料２３６内に形成された複数の気泡などの複数の空隙２３８を含む。いくつかの場合において、複数の空隙２３８は代わりに、図３Ａ〜３Ｃを参照して他で記載されるように、第１柔軟性材料２３６内に切り込まれた、穴開けされた、レーザーエッチングされた、アブレーションされた、又はその他の方法で形成された、チャネルであり得る。一般に、複数の空隙２３８は、第１柔軟性材料２３６にかかる圧力に適応するよう、柔軟性材料よりも容易に変形することができる。

複数の環状リング２６０が、表面２６６に沿って積層されている。各環状リング２６０は、第１柔軟性材料２３６に少なくとも部分的に接触している内側縁部２６２と、第１長手方向軸２３４と同心の外側縁部２６４とを含む。各環状リング２６０の代表的な外形が、図４Ａ〜４Ｄを参照して他で記載される。

各環状リング２６０は、第１柔軟性材料２３６の弾性率よりも大きい弾性率を有する。特定の一実施形態において、各環状リング２６０は、金属（アルミニウム又は鋼鉄など）、金属合金（銅又は真鍮など）、特殊加工プラスチック又は剛性プラスチック（アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）又はデルリン（登録商標）など）、あるいは複合材料（繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）など）、及び同様物から製造することができる。特定の一実施形態において（図示なし）、高分子材料などの材料は、他で記載されるように、低い滑り摩擦を提供するために、表面２６６に沿って隣接する環状リング２６０の間に配置することができる。いくつかの場合において、高分子材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及び同様物を含み得る。

第１エンドプレート２８０及び第２エンドプレート２８０’はシャフト２３２に固定されており、第１外側環状リング２６３及び第２外側環状リング２６１に隣接している。特定の一実施形態において、第１エンドプレート２８０と第２エンドプレート２８０’とは、第１外側環状リング２６３と第２外側環状リング２６１とにそれぞれ接触している。いくつかの場合において、第１エンドプレート２８０及び第２エンドプレート２８０’は、複数の環状リング２６０を一緒に合わせるよう作用する長手方向の力（即ち、第１長手方向軸２３４に平行な力）をもたらす。この長手方向の力の強さは、表面２６６に沿った環状リング２６０の滑り運動の望ましい滑りやすさを提供するよう、調整することができる。

第２柔軟性材料２７０は、環状リング２６０それぞれの外側縁部２６４に接触している。この第２柔軟性材料２７０は、比較的低い弾性率を有する任意の材料であってよく、例えば、第１柔軟性材料２３６に使用されているものと同じ材料が挙げられる。特定の一実施形態において、第２柔軟性材料２７０は、第１柔軟性材料の弾性率よりも大きい弾性率を有し得る。特定の一実施形態において、第２柔軟性材料２７０は、ポリウレタンであり得る。第２柔軟性材料２７０は、例えば厚さ４ｍｍ未満、３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１ｍｍ未満、又は５００マイクロメートル未満の薄いコーティングであり得る。一般に、第２柔軟性材料２７０は、改良接触ニップロール外側表面２７５に接触するウェブ２１０の滑りを低減するのに十分な係数を有する改良接触ニップロール外側表面２７５を含む。

特定の一実施形態において、第２柔軟性材料２７０は、複数の環状リング２６０の上に連続的なコーティングを形成することができる。この場合、第２柔軟性材料２７０は、第１エンドプレート２８０及び第２エンドプレート２８０’によって長手方向の力をかけた後に、複数の環状リング２６０上にコーティングすることができる。特定の一実施形態において、第２柔軟性材料２７０は、他で記載されるように、各環状リング２６０の外側縁部２６４上に個別にコーティングすることができる。

図２に戻って、ニップ２００は更に、第２シャフト２４２と、第１長手方向軸２３４にほぼ平行な第２長手方向軸２４４と、第２ニップロール外側表面２４５とを有する、第２ニップロール２４０を含む。欠陥２１５を有するウェブ２１０は、改良接触ニップロール外側表面２７５と第２ニップロール外側表面２４５との間に挟まれる。図２に示すように、欠陥２１５により環状リング２６０のずれ部分２６７が第１長手方向軸２３４に対して動いて、第１柔軟性材料２３６を圧迫する。第１圧力Ｐ_１、第２圧力Ｐ_２（ずれ部分２６７の外側）、及び第３圧力Ｐ_３（ずれ部分２６７内）は、第１柔軟性材料２３６によって、環状リング２６０及び第２柔軟性材料２７０を介して、ウェブ２１０に対してかけられる。ずれ部分２６７内での環状リング２６０と第１柔軟性材料２３６の圧迫との相対的な動きは、第１圧力Ｐ_１、第２圧力Ｐ_２、第３圧力Ｐ_３の変動を低減させることができ、これにより、他で記載されるように、欠陥２１５上にかかる応力を低減し、従来技術のニップロールで生じるひずみや不均一性を低減することができる。

図３Ａ〜３Ｃは、本開示のさまざまな態様による、第１柔軟性材料３３６内に複数の空隙３３８Ａ〜３３８Ｃを有する改良接触ニップロール３００の部分の概略斜視（透視）図である。この改良接触ニップロール３００の部分は、第１長手方向軸３３４を有するシャフト３３２と環状に接触する第１柔軟性材料３３６を含む。

図３Ａでは、複数の放射状穴３３８Ａが第１柔軟性材料３３６内に形成されている。特定の一実施形態において、複数の放射状穴３３８Ａはそれぞれ、例えば円形、楕円形、正方形、三角形、任意のランダム形状、又はこれらの組み合わせを含む任意の形状であり得る断面を有し得る。複数の放射状穴３３８Ａは、第１柔軟性材料２３６全体にわたって均一又は不均一に分布し得る。複数の放射状穴３３８Ａはそれぞれ、例えば穴開け、レーザードリル、プランジ切削、機械加工、アブレーション、鋳型成形、及び同様の方法などの任意の既知の技法によって成形することができる。

図３Ｂでは、複数の長手方向穴３３８Ｂが第１柔軟性材料３３６内に形成されている。特定の一実施形態において、複数の長手方向穴３３８Ｂはそれぞれ、例えば円形、楕円形、正方形、三角形、任意のランダム形状、又はこれらの組み合わせを含む任意の形状であり得る断面を有し得る。複数の長手方向穴３３８Ｂは、第１柔軟性材料２３６全体にわたって均一又は不均一に分布し得る。複数の長手方向穴３３８Ｂはそれぞれ、例えば穴開け、レーザードリル、プランジ切削、機械加工、アブレーション、鋳型成形、及び同様の方法などの任意の既知の技法によって成形することができる。

図３Ｃでは、複数の長手方向チャネル３３８Ｃが第１柔軟性材料３３６内に形成されている。特定の一実施形態において、複数の長手方向チャネル３３８Ｃはそれぞれ、例えば円形、楕円形、正方形、三角形、任意のランダム形状、又はこれらの組み合わせの一部を含む任意の形状であり得る断面を有し得る。複数の長手方向チャネル３３８Ｃは、第１柔軟性材料２３６全体にわたって均一又は不均一に分布し得る。複数の長手方向チャネル３３８Ｃはそれぞれ、例えば穴開け、レーザードリル、プランジ切削、機械加工、アブレーション、鋳型成形、及び同様の方法などの任意の既知の技法によって成形することができる。

図３Ａ〜３Ｃに示されている特定の実施形態は、第１柔軟性材料２３６に形成され得る複数の空隙２３８の種類を全て包括的することを意図したものではない。例えば、上述の穴及びチャネルの任意の組み合わせを使用することができ、また、螺旋、スロット、切り込み、角錐や円柱などの表面構造、及び同様物を含む、材料中に空隙を形成する任意のその他の想到される技法を使用することができる。

図４Ａは、本開示の一態様による環状リング４６０の概略斜視図である。図４Ａにおいて、環状リング４６０は、内側縁部４６２、外側縁部４６４、内側縁部と外側縁部（４６２、４６４）との間にある第１面４６６、及びその第１面４６６の反対側にある第２面４６８を含む。環状リング４６０は、環状リング４６０に使用される材料のタイプに応じて、例えば鍛造、レーザー又は機械切削、鋳型成形、鋳造及び同様の方法などの、任意の好適な技法を用いて製造することができる。環状リング４６０は更に、内側縁部及び外側縁部（４６２、４６４）のそれぞれと、第１面及び第２面（４６６、４６８）との間にコーナー縁部４６５を含む。

特定の一実施形態において、コーナー縁部４６５それぞれには、製造プロセス中に形成されるバリを低減又は除去するよう、斜角付け又は面取りを行うことができる。いくつかの場合において、第１面４６６及び第２面４６８のうちの少なくとも一方に、表面コーティングを施すことができる。表面コーティングを施した場合、このコーティングを、図２の改良接触ニップロール２３０について記載されているように、隣接する環状リング２６０間の滑り摩擦を制御するのに利用することができる。いくつかの場合において、表面コーティングはＰＴＦＥ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ニッケル、又は同様物、又はこれらの組み合わせであり得る。

図４Ｂは、本開示の一態様による環状リング４６０の概略平面図である。図４Ｂに示されている要素４６０〜４６８はそれぞれ、前に記載されている、図４Ａの同様に番号付けられた要素４６０〜４６８に対応している。例えば、図４Ａにおける内側縁部４６２の記述は、図４Ｂにおける内側縁部４６２の記述に対応し、他も同様である。図４Ｂにおいて、内側縁部４６２は内側半径ｒ_１を有し、外側縁部４６４は外側半径ｒ_２を有し、これらは長手方向軸４３４（図２に示す第１長手方向軸２３４と類似）から測定される。外側半径ｒ_２は、他で記載されているように、長手方向軸４３４と同心であり、円を形成している。いくつかの場合において、内側半径ｒ_１もまた、長手方向軸４３４と同心であり得る。いくつかの場合においては、他で記載されているように、内側半径ｒ_１は円形とは異なっていてもよく、また長手方向軸４３４と同心でなくともよい。特定の一実施形態において、半径の差（ｒ_２−ｒ_１）は、外側半径ｒ_２の比較的小さな割合であり、例えば（ｒ_２−ｒ_１）／ｒ_２は約０．２５未満、約０．２０未満、約０．１５未満、約０．１０未満、又は約０．０５未満であり得る。

図４Ｃは、本開示の一態様による環状リング４６０の概略平面図である。図４Ｃに示されている要素４６０〜４６８はそれぞれ、前に記載されている、図４Ａの同様に番号付けられた要素４６０〜４６８に対応している。例えば、図４Ａにおける内側縁部４６２の記述は、図４Ｃにおける内側縁部４６２の記述に対応し、他も同様である。図４Ｃにおいて、内側縁部４６２は、内側縁部４６２上にキー溝４６２Ｃを形成する、第１内側縁部４６２Ａ及び第２内側縁部４６２Ｂによって置き換えられている。図４Ｃに示されている環状リング４６０は、例えば、図２の第１柔軟性材料２３６と共に使用して、所望による空隙２３８を含まずに第１柔軟性材料２３６が圧迫することを可能にする。特定の一実施形態において、第１内側縁部４６２Ａは、第１柔軟性材料２３６に接触していてよく、欠陥によって生じる圧迫が、キー溝４６２Ｃ間にある空間へこの第１柔軟性材料２３６を「押し入れる」ことによって、圧迫圧力の一部を緩和することができる。図４Ｃに示すキー溝構成は、内側縁部４６２の想到される数多くの変形のうちの単なる代表例であり、他には例えば、正弦波などの波状構造、柱、ロッド、三角形、台形、又は角錐などの定型又は不定型の一連の突起、あるいは内側縁部４６２の第１柔軟性材料に対する部分的接触を提供し得るその他の任意の構造が含まれ得ることが理解されよう。

図４Ｄは、本開示の一態様による環状リング４６０の概略平面図である。図４Ｄに示されている要素４６０〜４６８はそれぞれ、前に記載されている、図４Ｂの同様に番号付けられた要素４６０〜４６８に対応している。例えば、図４Ｂにおける内側縁部４６２の記述は、図４Ｄにおける内側縁部４６２の記述に対応し、他も同様である。特定の一実施形態において、図４Ｄは、図２に示す複数の環状リング２６０を組み立てる前の、外側縁部４６４に接触している第２柔軟性材料４７０を有する環状リング４６０を示す。図４Ｄにおいて、内側縁部４６２は内側半径ｒ_１を有し、外側縁部４６４は外側半径ｒ_２を有し、第２柔軟性材料４７０は表面半径ｒ_３の外側縁部４７５を有し、これらは全て長手方向軸４３４（図２に示す第１長手方向軸２３４と類似）から測定される。外側半径ｒ_２は、他で記載されているように、長手方向軸４３４と同心であり、円を形成している。いくつかの場合において、内側半径ｒ_１もまた、長手方向軸４３４と同心であり得る。いくつかの場合においては、他で記載されているように、内側半径ｒ_１は円形とは異なっていてもよく、また長手方向軸４３４と同心でなくともよい。

特定の一実施形態において、半径の差（ｒ_２−ｒ_１）は、外側半径ｒ_２の比較的小さな割合であり、例えば（ｒ_２−ｒ_１）／ｒ_２は約０．２５未満、約０．２０未満、約０．１５未満、約０．１０未満、又は約０．０５未満であり得る。特定の一実施形態において、半径の差（ｒ_３−ｒ_２）、即ち第２柔軟性材料４７０の厚さ「ｈ」は、半径の差（ｒ_２−ｒ_１）の比較的小さな割合である。例えば、（ｒ_３−ｒ_２）／（ｒ_２−ｒ_１）は約０．２５未満、約０．２０未満、約０．１５未満、約０．１０未満、又は約０．０５未満であり得る。

図５Ａ〜５Ｅは、本開示の一態様による、改良接触ニップロール５３０の製造概略透視図を示す。図５Ａ〜５Ｅに示されている要素５３０〜５８０はそれぞれ、前に記載されている、図２の同様に番号付けられた要素２３０〜２８０に対応している。例えば、図２におけるシャフト２３２の記述は、図５Ａにおけるシャフト５３２の記述に対応し、他も同様である。

図５Ａは、長手方向軸５３４及びシャフト外側表面５３３を有するシャフト５３２を示す。図５Ｂは、端部５３９及び第１柔軟性材料表面５３７を有し、シャフト外側表面５３３に接触して配置されている、第１柔軟性材料５３６を示している。第１柔軟性材料は、既知の任意のロール製造技法（例えば鋳型成形を含む）によってシャフト外側表面５３３に接触して配置することができ、第１柔軟性材料表面５３７は、研削などの既知の技法によって長手方向軸５３４と同心になるよう製造することができる。複数の空隙（図示なし）は、他で記載されているように、第１柔軟性材料５３６内に形成することができる。

図５Ｃは、第１柔軟性材料５３６と少なくとも部分的に接触して積層されている複数の環状リング５６０の第１外側環状リング５６１を示している。環状リング５６０それぞれは、環状リングが積層内に配置されると締まりばめ５６３が保持されるような寸法にすることができる。特定の一実施形態において、コーナー縁部５６５は、斜角付け又は面取りを行って、積層内のリング間の非結合的接触をもたらすことができる。

図５Ｄは、第１外側環状リング５６１に隣接する第１エンドプレート５８０、積層した複数の環状リング５６０、及び第２外側環状リング５６３に隣接する第２エンドプレート５８０’を示す。長手方向の力Ｆが、複数の環状リング５６０を一緒に合わせて圧迫するよう適用され、エンドプレートは、接触ライン５８２に沿ってシャフト５３２に固定される。シャフト５３２は、例えばねじ、止めねじ、溶接、クランプカラー、及び同様物を含む任意の技法によって、接触ライン５８２に沿って固定することができる。複数の環状リング５６０の外側縁部５６４は、リングを一緒に合わせて圧迫した後に長手方向軸５３４と同心になるよう、例えば研削、フライス加工、及び同様の方法などの任意の既知の技法を用いて、製造することができる。

図５Ｅは、本開示の一態様による、改良接触ニップロール５３０を示す。図５Ｅにおいて、第２柔軟性コーティング表面５７５を有する第２柔軟性コーティング５７０が、複数の環状リング５６０上に配置されている。第２柔軟性コーティングが塗布され、他で記載されているように、任意の既知の技法によって、長手方向軸５３４と同心になるよう製造することができる。

実施例１−改良接触ニップロールの製造
長さ２４”、外径３．５０インチ（８．８９ｃｍ）、内径２．００インチ（５．０８ｃｍ）のアルミニウム管の各端部に、直径１．５０インチ（３．８１ｃｍ）のシャフトを受ける軸受のための直径２．６２６インチ（６．６７０ｃｍ）、深さ０．４３７５インチ（１．１１１ｃｍ）の軸受穴を機械加工で開けた。管の外側直径を機械加工して、軸受穴の内径と同心にした。直径３．１２５インチ（７．９３７ｃｍ）のボルトサークル上で等しく間隔をあけた６個の＃１０−３２打ち抜き穴を、管の両端部に追加した。

第１柔軟性材料層を管にコーティングした。第１柔軟性材料は、Ｓ．Ｉ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｂｌａｉｎｅ，ＭＮ）により管の外側に塗布されたジュロ硬度３０のネオプレンゴムの、厚さ０．７５インチ（１．９１ｃｍ）のエラストマーコーティングであった。５インチ（１２．７ｃｍ）の内径及び６インチ（１５．２４ｃｍ）の外径を有する複数の環状リング（図４Ａ〜４Ｂに示されているものに類似）が、厚さ０．１８８インチ（０．４７８ｃｍ）のアルミニウムシートからレーザー切断された。環状リングの縁部はエメリー研磨紙及びバリ取り工具を使って手作業でバリ取りを行い、任意の一対の積層したリングが互いに滑らかに滑るようにした。次に、テフロン浸透ハードコート陽極酸化処理で各環状リングをコーティングして（ＴｗｉｎＣｉｔｙＰｌａｔｉｎｇ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）により塗布）、相互の潤滑性を改善した。

コーティングされたリングの内径を正確に測定し、エラストマーコーティングされたアルミニウム管の外径が、環状リングの内径よりも０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）大きくなるまで、エラストマーコーティングを研磨した。次いで、グリッドパターンの穴を、このエラストマーコーティングに開けた（図３Ａに示すものと類似）。穴は直径０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）、間隔は円周方向に０．５０インチ（１．２７ｃｍ）、軸方向に０．５０インチ（１．２７ｃｍ）離した。穴は０．６２インチ（１．５７ｃｍ）の深さに開けた。

アルミニウム製エンドキャップを管の両端部用に製造し、各エンドキャップは、コーティングされた環状リングの外径に等しい外径を有していた。シャフト軸受クリアランスのために、各エンドキャップの中央に穴を機械加工で開けた。これらの穴のパターンが、あらかじめ管の端部に機械加工された＃１０−３２打ち抜き穴のパターンに一致するように、クリアランス穴を各エンドキャップに機械加工で開けた。一方のエンドキャップを、管の一方の端部に取り付け、適切にねじ山が付けられたねじを用いてしっかり固定した。組み立てやすくするために、少量の石鹸水を潤滑剤としてエラストマーコーティングの表面に塗布した。

コーティングされた環状リングを、エラストマーコーティングされた管の上にはめた。コーティングされた環状リングの内径よりも、エラストマーコーティングされた管の外径の方がわずかに大きいため、ぴったりした締まりばめとなった。コーティングされた管の上に各環状リングをはめ、それぞれがその前に取り付けられた環状リングと完全に接触するようにした。最後に取り付けられた環状リングを機械加工で削り、アルミニウム管の端部と同じ面になるようにした。次いで、第２エンドキャップをその管の端部に取り付け、適切にねじ山が付けられたねじで固定した。

次いで、組み立てたロールの外側表面を研磨して滑らかにし、外径が軸受穴と確実に同心になるようにした。結果として得られた部分的に完成したニップロール（複数の環状リングを含むが、第２柔軟性材料は含まれていない）は、図５Ｄに示す製造概略図に類似していた。この部分的に完成したニップロールを、以下の実施例２で試験した。

次に、ジュロ硬度８０のウレタンの第２柔軟性エラストマー層を、この組み立てたロールの外側表面に厚さ０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）になるよう部分的ロールに適用した（Ｓ．Ｉ．Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｌａｉｎｅ，ＭＮにより）。次いで、ウレタンコーティングされたロールを再び研磨して滑らかにし、第２柔軟性エラストマー層の厚さを０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）とし、外径が軸受穴と確実に同心になるようにした。次いで、軸受とシャフトをこの改良接触ニップロールに追加し、クランプカラーをシャフトに取り付けて、ロールがシャフト上で滑らないようにした。

実施例２−改良接触ニップロールのシミュレーション
ウェブ厚さの変化によって生じる、横断方向のウェブ接触及び圧力の変動量を最小限に抑えるために、シミュレーションされた改良接触ニップロールが示された。いくつかの異なるニップ圧力及びウェブ厚さが試験され、改良接触ニップロールが、より少ない接触面積変動を生じさせることが示された。

ジュロ硬度８０、厚さ０．１２５インチ（０．３１７５ｃｍ）のウレタンシートを、実施例１の部分的に完成したニップロールに巻き付けて、第２柔軟性材料コーティングのシミュレーションを行った。このシミュレーションされた改良接触ニップロールを、固定された軸受ハウジング内に設置し、内径３．２５インチ（８．２５５ｃｍ）の２本の空気圧シリンダによって直径４インチ（１０．１６ｃｍ）のアルミニウム製ニップロールの旋回を作動させて、２本のロール間にニップ力を適用した。圧力を解放し、０．０３０インチ（０．７６２ｍｍ）〜０．０６２インチ（１．５７５ｍｍ）で変動する厚さを有する鋳造ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシートを、この２本のロール間に挿入した。アルミニウム製ニップロールは、空気圧シリンダの空気圧５０ｐｓｉ（３４４．７ｋＰａ）を使用して作動させた。

図６は、シミュレーションされた改良接触ニップロール及び従来型ニップロールの両方に関する接触幅測定値対ウェブ厚さのグラフを示す。Ｐ−ニップセンサ（ＳｅｎｓｏｒＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｍａｄｉｓｏｎ，ＮＪ）より入手可能）を使用して、ポリエステルフィルムが間にある２本のロールのシステムのニップ接触の円周方向の長さ（即ち、図６に示す接触幅測定値）を測定した。システムを一定の空気圧に維持したまま、センサをフィルムに沿ってさまざまな位置に動かした（各位置は、図６に示す既知のウェブ厚さを有する）。次に、シミュレーションされた改良接触ニップロールの代わりに、直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の従来型ニップロールを使用して、この手順を繰り返した。

シミュレーションされた改良接触ニップロールについて、５０、６０、及び９０ｐｓｉ（３４４．７、４１３．６７、及び６２０．５ｋＰａ）で、接触幅測定値対ウェブ厚さが測定され、それぞれ線Ａ１、Ａ２、及びＡ３としてプロットされた。従来型ニップロールについて、５０、６０、及び９０ｐｓｉ（３４４．７、４１３．６７、及び６２０．５ｋＰａ）で、接触幅測定値対ウェブ厚さが測定され、それぞれ線Ｂ１、Ｂ２、及びＢ３としてプロットされた。厚みに伴う円周方向の接触長さの変動は、全ての圧力において、従来型ニップロールよりも、シミュレーションされた改良接触ニップロールの方が小さいことを、このデータは示している。

指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特徴となる大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限りは、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。

本願で引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と直接矛盾することのない程度まで、その全てが引用によって本開示に明白に組み込まれる。本明細書において特定の実施形態が例示及び説明されてきたが、多様な代替及び／又は同等の実施が、本開示の範囲から逸脱することなく、図示され説明された特定の実施形態と置き換えられ得ることは、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書で説明された特定の実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。したがって、本開示が「特許請求の範囲」及びその同等物によってのみ限定されることを、意図するものである。

Claims

軸を有するシャフトと、
前記シャフトに環状に接触している第１柔軟性材料と、
複数の積層した環状リングと、
を含み、各環状リングは、
前記第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、
前記軸と同心の外側縁部と、
を含む、改良接触ニップロール。
前記複数の積層した環状リングのそれぞれの前記外側縁部に接触している第２柔軟性材料を更に含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記第２柔軟性材料の弾性率が、前記第１柔軟性材料の弾性率よりも大きい、請求項２に記載の改良接触ニップロール。
前記第２柔軟性材料が、前記外側縁部のそれぞれに接触する連続コーティングである、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記第１柔軟性材料が、複数の空隙を更に含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の空隙が、複数の放射状空隙、長手方向空隙、内部空隙、又はこれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の空隙が、円柱状空隙を含む、請求項５に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の空隙の少なくとも一部分が、前記第１柔軟性材料の外側表面と交差している、請求項５に記載の改良接触ニップロール。
前記内側縁部の少なくとも一部分が、前記軸と同心である、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の積層した環状リングが、第１エンドプレートに隣接する第１外側環状リングと、第２エンドプレートに隣接する第２外側環状リングと、を含み、該第１及び第２エンドプレートがそれぞれ前記シャフトに固定されている、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記第１外側環状リングと前記第２外側環状リングとが、前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとにそれぞれ接触している、請求項１０に記載の改良接触ニップロール。
前記第１及び第２エンドプレートが、前記複数の積層した環状リング上で長手方向の力を保持する、請求項１１に記載の改良接触ニップロール。
前記内側縁部及び前記外側縁部のうちの少なくとも一方が面取りされている、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の積層した環状リングのそれぞれが、前記内側縁部と外側縁部との間にある第１面と、前記第１面の反対側にある第２面と、を含み、前記第１面及び第２面のそれぞれが滑らかにされ、バリ取りされている、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記第１面及び第２面のそれぞれに表面コーティングを更に含む、請求項１４に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の環状リングのそれぞれの間に配置された高分子材料を更に含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記高分子材料がポリテトラフルオロエチレンである、請求項１６に記載の改良接触ニップロール。
前記表面コーティングが、ポリテトラフルオロエチレン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ニッケル、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１５に記載の改良接触ニップロール。
前記第１柔軟性材料が、ゴム、シリコーン、ポリウレタン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の環状リングのそれぞれが、前記第２材料の弾性率よりも大きな弾性率を有する第３材料を含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の環状リングのそれぞれが、金属を含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
前記金属がアルミニウム又は鋼鉄である、請求項２１に記載の改良接触ニップロール。
前記複数の環状リングのそれぞれが、剛性プラスチックを含む、請求項１に記載の改良接触ニップロール。
軸を有するシャフト上に、環状に接触している第１柔軟性材料を形成する工程と、
複数の環状リングを前記第１柔軟性材料上に積層させる工程であって、各環状リングが、前記第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、外側縁部と、を含む、工程と、
前記積層体を長手方向に圧迫するよう圧力をかける工程と、
前記積層体に対する圧力を維持するため、エンドプレートを前記シャフトに固定する工程と、
前記複数の環状リングのそれぞれの前記外側縁部から材料を除去することにより、前記外側縁部を前記軸と同心にする工程と、
を含む、改良接触ニップロールを組み立てるための方法。
前記複数の環状リングのそれぞれの前記外側縁部に接触している第２柔軟性材料を形成する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
前記第２柔軟性材料の弾性率が、前記第１柔軟性材料の弾性率よりも大きい、請求項２５に記載の方法。
第１柔軟性材料を形成する工程が、前記シャフト上に前記柔軟性材料を鋳型成形する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
前記第１柔軟性材料内に複数の空隙を形成する工程を更に含む、請求項２４に記載の方法。
前記複数の空隙を形成する工程が、鋳型成形、フライス加工、穴開け、研削、アブレーション、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２８に記載の方法。
前記複数の環状リングのそれぞれが、前記第１柔軟性材料と共に締まりばめを形成する、請求項２４に記載の方法。
前記第２材料の外側表面を前記シャフトと同心になるよう研削する工程を更に含む、請求項２５に記載の方法。
ニップロールを含む、ウェブを挟むためのシステムであって、
前記ニップロールは、
軸を有するシャフトと、
前記シャフトに環状に接触している第１柔軟性材料と、
複数の積層した環状リングであって、各環状リングは、
前記第１柔軟性材料に少なくとも部分的に接触している内側縁部と、
前記軸と同心である外側縁部と、
前記ニップロールに対して平行に配置されニップラインを形成する前記第２ロールと、を含む、複数の積層した環状リングと、
を含み、前記第２ロールは、前記ニップラインで前記軸から一定距離ずれた外側表面を有し、前記第２ロールと、前記複数の環状リングの前記外側縁部との両方に接触しているウェブは、前記ニップラインで、前記複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの前記外側縁部を放射方向にずらすことができる、システム。
前記複数の積層した環状リングのそれぞれの前記外側縁部に接触している第２柔軟性材料を更に含み、前記第２ロールと前記第２柔軟性材料の両方に接触しているウェブは、前記ニップラインで、前記複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの前記外側縁部を放射方向にずらすことができる、請求項３１に記載のシステム。
前記第２柔軟性材料の弾性率が、前記第１柔軟性材料の弾性率よりも大きい、請求項３２に記載のシステム。
前記ウェブが、前記ニップラインで不均一な厚さを有する、請求項３２に記載のシステム。
前記ニップラインでの前記ウェブ上の圧力変動が、前記複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの前記外側縁部をずらすことによって低減される、請求項３５に記載のシステム。
ウェブを挟むための方法であって、
請求項３２に記載のシステムの前記ニップロールと前記第２ロールとの間にウェブを配置する工程と、
前記ニップロールと前記第２ロールとの間に前記ウェブを挟むための圧力をかける工程と、
を含み、前記ウェブは、前記ニップラインで、前記ニップロール内の前記複数の積層した環状リングのうちの少なくとも１つの前記外側縁部を放射方向にずらす、方法。