JP4823931B2 - ロール加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、ロールを水平に支持して回転させつつ該ロールの表面を加工するロール加工装置に係り、特に液晶画面に使用される光学フィルム及びリアプロジェクションに使用されるレンチキュラーレンズに用いられるロール金型等の精密加工を必要とするロール加工装置に関する。

上記のロール金型は、微細で極めて高精度な加工を必要とするため、回転に伴う振れや軸芯位置の変位などを抑えてロールを正確に支持する必要がある。このためには、ロールの両端を支持する主軸を静圧軸受により支持することが好ましい。

しかしながら、主軸を静圧軸受により支持すると、該静圧軸受は軸受隙間が小さいため、特に長さが大きなロールの場合、スラスト荷重を受ける静圧スラスト軸受は、室温変動等によるロールの長手方向の熱膨張を吸収することができず、かじりを発生するという課題を生じる。

ところで、特許文献１には、ワークとしてのクランクシャフトを加工する装置において、ラジアル方向とスラスト方向の両方を静圧軸受で支持した２つの主軸でワークの両端を支持する方式を採用しつつ、一方の主軸にはワークを直接固定することなく、該一方の主軸内に設けたピストンにワークの一端を固定し、該ピストンにより上記ワークの一端に引張り力を与えてワークを支持する方式が開示されている。

この方式によれば、室温変動等によるワークの長手方向の熱膨張を吸収することはできるが、構造が複雑であると共に、上記ワークの一端は主軸に直接固定されず、ピストンを介して該主軸に固定されるため、ワークの支持が不安定となり、回転に伴う振れや軸芯位置の変位などを生じ易いという欠点がある
特開平１１−２０７５０３号公報

この発明は、室温変動等によるロールの長手方向の熱膨張を簡単な構造により吸収しながら該ロールを静圧軸受により的確に支持して加工精度の向上を図ることのできるロール加工装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためのこの発明は、水平に置かれたロールの両端を互いに対向して配置された第一及び第二主軸により支持して前記ロールの表面を加工するロール加工装置において、前記第一主軸を回転自在に支持する静圧ラジアル軸受と、前記第一主軸の軸方向移動を規制する静圧スラスト軸受と、前記第二主軸を回転自在に支持する静圧ラジアル軸受と、前記第二主軸の軸方向移動を選択的に規制可能なフローティングスラストと、を備えてなることを特徴としている。

なお、前記フローティングスラストは、ボールベアリングを用いて構成されていてもよく、このボールベアリングは、アウタレース側が前記第二主軸を支持する主軸ヘッド本体に対して軸方向へのみ移動可能に取り付けられると共に、該アウタレース側を前記軸方向へ移動可能なピストンにより前記軸方向の所定位置に選択的に押圧固定可能に構成されていることが好ましい。また、前記ピストンは、前記アウタレース側の前後にそれぞれ配置されていることが好ましい。

この発明は、上記のようにロールの両端を支持する２つの主軸のうち第一主軸は、ラジアル方向とスラスト方向の両方を静圧軸受とし、第二主軸は、ラジアル方向を静圧軸受とし、スラスト方向については軸方向移動を選択的に規制可能なフローティングスラストとしたため、構造は簡単であり、室温変動等によるロールの長手方向の熱膨張は、フローティングスラストにより吸収され、該ロールは、第一及び第二主軸の静圧ラジアル軸受と第一主軸の静圧スラスト軸受により的確に支持され、これにより加工精度の向上を図ることができるという効果を得ることができる。

なお、フローティングスラストは、第一及び第二主軸に対するロールの着脱時に第二主軸の軸方向位置をその主軸ヘッド本体に対して所定位置に固定すると共に、該主軸ヘッド本体に対する第二主軸の軸方向位置の初期設定を行うためのものであるため、必ずしも静圧スラスト軸受とする必要はなく、ボールベアリングとすれば、装置をより簡単な構成とすることができると共に、より安価にすることができる効果を得ることができる。

以下図1ないし図３によりこの発明の一実施形態例について説明する。図1において、Ｒは加工対象のロールである。１０は第一主軸、１１は第二主軸であり、水平な同一軸芯上に互いに対向して配置され、ロールＲを水平に保ってその両端を着脱可能に固定して支持するように構成されている。

両主軸１０、１１は、ロールＲに向かって前側と後側をそれぞれ静圧ラジアル軸受１２、１３、１４、１５により回転自在に支持されている。これらの静圧ラジアル軸受１２、１３、１４、１５は、静圧ラジアル軸受１２を例にとって図２に示すように、上下と左右にそれぞれ互いに対向して２組をなす静圧ポケット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを有している。

上記静圧ポケット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのうち、ロールＲの荷重が作用する上下方向の位置にある組の上方の静圧ポケット１２Ａの圧油供給回路１６には、静圧ポケット１２Ａ内の圧力変化に応じて静圧ポケット１２Ａへ供給する圧油の流量を変化させて静圧ポケット１２Ａの軸受隙間を一定に保つ定圧比流量調整弁１７が設けられている。なお、第二主軸１１の前側の静圧ラジアル軸受１４も同様に、上方の静圧ポケット１４Ａの圧油供給回路１６に定圧比流量調整弁１７が設けられている。

他方、両主軸１０、１１の後側の静圧ラジアル軸受１３、１５は、下方の静圧ポケット１３Ｂ、１５Ｂの圧油供給回路１６に定圧比流量調整弁１７が設けられている。圧油供給回路１６は、温度調整ユニット１８を介して圧油供給源であるアキュームレータタンク１９に接続されている。

なお、静圧ラジアル軸受１２、１３、１４、１５の上記静圧ポケット１２Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１５Ｂ以外の静圧ポケット（符号は省略）は、定圧比流量調整弁１７を経ることなく、温度調整ユニット１８を介して圧油供給源であるアキュームレータタンク１９に接続されている。

２０、２１は、第一主軸１０の静圧スラスト軸受であり、第一主軸１０に設けられた鍔２２の両端面にそれぞれ対向する複数の静圧ポケットを有し、各静圧ポケットは、圧油供給回路１６により上記温度調整ユニット１８を介してアキュームレータタンク１９に接続されている。なお、２３は、上記の各静圧軸受１２〜１５、２０、２１からの流出油をタンク２４へ戻すためのドレンである。

第二主軸１１の後端（図１において右端）にはフローティングスラスト２５が設けられている。このフローティングスラスト２５は、図３に示すように、スラスト軸受としてのボールベアリング２６、２７がスペーサ２８を介してナット２９により第二主軸１１の後端に取り付けられている。ボールベアリング２６、２７のアウタレース側は、ベアケース３２を介してハウジング３１の穴３１Ａに嵌入され、ガイドピン３１Ｂにより軸方向へのみ移動可能に支持されている。なお、このハウジング３１は、上記静圧ラジアル軸受１４、１５を介して第二主軸１１を回転自在に支持する主軸ヘッド本体（一部のみ図示）３０に取り付けられている。

ハウジング３１には、ベアケース３２を前後から押圧するピストン３３、３４が設けられている。両ピストン３３、３４は、穴３１Ａの前後の段差部により前進限位置を規制され、それぞれ所定量後退可能に設けられている。両ピストン３３、３４の背面側は、切換弁３５により上記圧油供給回路１６とタンク２４が選択的に接続可能に構成され、圧油供給回路１６への接続によりピストン３３、３４を前進限位置へ押圧し、ベアケース３２を介してボールベアリング２６、２７の軸方向位置を固定すると共に、タンク２４へ接続して両ピストン３３、３４の背面側の圧力を解放することによりボールベアリング２６、２７の軸方向移動を許すようになっている。

再び、図１において、アキュームレータタンク１９には、工場エアー等の加圧空気源３６からの加圧空気を増圧弁３７により増圧した高圧空気を蓄えるレシーバタンク３８が接続され、上記各静圧軸受１２〜１５、２０、２１に必要な圧力をアキュームレータタンク１９に与えるようになっている。

また、アキュームレータタンク１９には、逆止弁３９を介してポンプ４０が接続され、アキュームレータタンク１９に設けられた上下の液面計４１、４２によりポンプ４０の起動停止を制御し、アキュームレータタンク１９内に所定値以上の圧油を蓄えるようになっている。なお、第一及び第二主軸１０、１１の回転駆動機構及びロールＲを着脱するための第一主軸１０又は第二主軸１１の軸方向移動機構は、この発明と直接関係がないため、図示及び説明を省略する。

次いで、この装置の作用について説明する。第一及び第二主軸１０、１１にロールＲを取り付けるに際して、まず、切換弁３５により両ピストン３３、３４の背面側を圧油供給回路１６に接続し、図３に示すように、ピストン３３、３４を穴３１Ａの前後の段差部に押圧してボールベアリング２６、２７をハウジング３１に対して固定し、主軸ヘッド本体３０に対する第二主軸１１の軸方向位置を固定する。

次に、ロールＲの両端を第一及び第二主軸１０、１１の先端にそれぞれ取付固定する。このロールＲの取り付けにより両主軸１０、１１にはロールＲの荷重が作用し、前側の静圧ラジアル軸受１２、１４は、下方に位置する静圧ポケット１２Ｂ、１４Ｂの軸受隙間が小さくなり、上方に位置する静圧ポケット１２Ａ、１４Ａの軸受隙間が大きくなろうとする。他方、後側の静圧ラジアル軸受１３、１５は、逆に上方に位置する静圧ポケット１３Ａ、１５Ａの軸受隙間が小さくなり、下方に位置する静圧ポケット１３Ｂ、１５Ｂの軸受隙間が大きくなろうとする。

軸受隙間が減少すると静圧ポケット内の圧油の圧力は上昇し、逆に軸受隙間が増加すると静圧ポケット内の圧油の圧力は低下する。しかし、軸受隙間が大きくなろうとする各静圧ポケット１２Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１５Ｂには、それぞれ定圧比流量調整弁１７を介してアキュームレータタンク１９からの圧油が供給されるため、該静圧ポケット１２Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１５Ｂ内の圧油の圧力変化に応じて該静圧ポケットへ供給される圧油の流量が変化し、各静圧ポケット１２Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１５Ｂの軸受隙間を一定に保持する。

このようにロールＲの荷重により軸受隙間が変化しようとする上下に対向するの２つの静圧ポケットのうちの一方の静圧ポケット１２Ａ、１４Ａ、１３Ｂ、１５Ｂの軸受隙間が一定に保たれるため、他方の静圧ポケット１２Ｂ、１４Ｂ、１３Ａ、１５Ａの軸受隙間も一定に保たれ、ロールＲの荷重による軸受隙間の変化が抑えられる。このため、図示しない回転駆動機構により両主軸１０、１１を高速回転させても各静圧ポケットでの発熱温度の違いは小さく抑えられ、両主軸１０、１１の変形を抑えてロールＲを正確に支持する。そこで、加工精度の向上が図られる。

また、各静圧軸受１２〜１５、２０、２１へは、レシーバタンク３８により安定した圧力を与えられているアキュームレータタンク１９から圧油が供給されるため、ポンプから圧油を直接供給する場合のような脈動の発生が抑えられ、ロールＲを正確かつ安定して支持・回転させることができ、これによってもロールＲの加工精度の向上が図られる。

さらにまた、アキュームレータタンク１９には、液面計４１、４２によりポンプ４０の起動停止を制御して所定値以上の圧油を蓄えるようになっているため、停電時にも各静圧ポケットへ圧油が供給され、軸受のかじり等の損傷の発生が抑えられる。

なお、上記のようにロールＲを両主軸１０、１１に取り付けた後、両主軸１０、１１を回転させてロールＲの加工を開始する前に、フローティングスラスト２５に対する切換弁３５を切り換えて両ピストン３３、３４の背面側をタンクへ開放する。これにより、ロールＲが例えば室温の変化等により伸縮しても、これに伴ってボールベアリング２６、２７がハウジング３１に対して軸方向へ移動可能となり、第二主軸１１の軸方向移動を許す。このため、第一主軸１０の静圧スラスト軸受２０、２１には、無理な荷重が作用せず、かじり等の損傷を生じないことはもちろん、ロールＲを正確かつ安定して支持・回転させることができ、ロールＲの加工精度の向上が図られる。

前述した実施形態例では、ロールＲの荷重が作用する位置にある組の互いに対向する静圧ポケット１２Ａ、１２Ｂ等のうち、ロールＲの荷重により軸受隙間が増加する側の静圧ポケット１２Ａ等に定圧比流量調整弁１７を接続して軸受隙間を一定に保つ例を示したが、軸受隙間が減少する側の静圧ポケット１２Ｂ等や両静圧ポケット１２Ａ、１２Ｂ等に定圧比流量調整弁１７を接続してもよく、また、この発明においては、定圧比流量調整弁１７の使用を省略してもよい。さらにまた、前述した実施形態例では、各静圧軸受１２等に温度調整ユニット１８を介してアキュームレータタンク１９から圧油を供給する例を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、温度調整ユニット１８を省略したり、アキュームレータタンク１９をポンプ４０に変更したり、さらには、ポンプ４０から直接圧油を供給したりするようにしてもよい。

さらにまた、前述した実施形態例では、フローティングスラスト２５にボールベアリング２６、２７を用いた例を示したが、フローティングスラスト２５は、第一及び第二主軸１０、１１に対するロールＲの着脱時に第二主軸１１の軸方向位置を主軸ヘッド本体３０に対して所定位置に固定すると共に、主軸ヘッド本体３０に対する第二主軸１１の軸方向位置の初期設定を行うためのものであるため、ボールベアリング２６、２７の代わりに静圧又はすべり等の種々のスラスト軸受を用いることができる。

さらにまた、前述した実施形態例では、フローティングスラスト２５のボールベアリング２６、２７を主軸ヘッド本体３０に固定するのに静圧軸受用の圧油供給回路１６の圧油を用いた例を示したが、空圧を用いてもよい。さらにまた、前述した実施形態例では、ロールＲの伸縮のいずれにも対応可能とするため、ピストン３３、３４によりボールベアリング２６、２７を前後に移動可能とした例を示したが、加工条件によりロールＲの伸縮がいずれか一方のみに生じる場合には、ピストン３３、３４もいずれか一方のみとしてもよい等種々変形実施可能である。

この発明は、特に液晶画面に使用される光学フィルム及びリアプロジェクションに使用されるレンチキュラーレンズに用いられるロール金型等の精密加工を必要とするロール加工装置に好適であるが、これに限らず、互いに対向配置された第一及び第二主軸によりロールを水平に支持して回転させつつ該ロールの表面を加工するロール加工装置に広く適用可能である。

この発明を適用したロール加工装置の要部概要構成図。 図１のＡ−Ａ線による横断面図。 図１に示すフローティングスラストの拡大詳細縦断面図。

符号の説明

１０ 第一主軸
１１ 第二主軸
１２、１３、１４、１５ 静圧ラジアル軸受
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ、１５Ａ、１５Ｂ 静圧ポケット
１６ 圧油供給回路
１７ 定圧比流量調整弁
１８ 温度調整ユニット
１９ アキュームレータタンク
２０、２１ 静圧スラスト軸受
２２ 鍔
２３ ドレン
２４ タンク
２５ フローティングスラスト
２６、２７ ボールベアリング
２８ スペーサ
２９ ナット
３０ 主軸ヘッド本体
３１ ハウジング
３１Ａ 穴
３１Ｂ ガイドピン
３２ ベアケース
３３、３４ ピストン
３５ 切換弁
３６ 加圧空気源
３７ 増圧弁
３８ レシーバタンク
３９ 逆止弁
４０ ポンプ
４１、４２ 液面計
Ｒ ロール。

Claims (4)

1. 水平に置かれたロールの両端を互いに対向して配置された第一及び第二主軸により支持して前記ロールの表面を加工するロール加工装置において、
   前記第一主軸を回転自在に支持する静圧ラジアル軸受と、
   前記第一主軸の軸方向移動を規制する静圧スラスト軸受と、
   前記第二主軸を回転自在に支持する静圧ラジアル軸受と、
   前記第二主軸の軸方向移動を選択的に規制可能なフローティングスラストと、
   を備えてなることを特徴とするロール加工装置。
2. 前記フローティングスラストは、ボールベアリングを用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載のロール加工装置。
3. 前記ボールベアリングは、アウタレース側が前記第二主軸を支持する主軸ヘッド本体に対して軸方向へのみ移動可能に取り付けられると共に、該アウタレース側を前記軸方向へ移動可能なピストンにより前記軸方向の所定位置に選択的に押圧固定可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のロール加工装置。
4. 前記ピストンは、前記アウタレース側の前後にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載のロール加工装置。

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