JP5169570B2 - ロール装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックのシートやフィルム等のコーティング、フィルム状にした電子デバイス製造（ロール・ツー・ロール方式）や、当該シート、フィルム等の搬送に用いられるロール装置に関する。

特開平１１−１９０３３８号公報

例えば特許文献１においては、ラジアル方向及びスラスト方向に関して静圧気体軸受を用いたロール装置が提案されている。

ところで、斯かるロール装置は、プラスチックのシートやフィルム等のコーティング、フィルム状にした電子デバイス製造（ロール・ツー・ロール方式）や、当該シート、フィルム等の搬送に用いられるために、例えば振れ精度１μｍ以下といったより高い回転精度や回転摩擦の低減、回転速度の向上が求められる。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より高い回転精度、回転摩擦の低減、回転速度の向上を図り得るロール装置を提供することにある。

本発明のロール装置は、中空のロール体と、ロール体の中空部に隙間をもって挿通されていると共に両端部がロール体から突出している軸体と、ロール体の両端部に夫々配されていると共にロール体と軸体との間に夫々介在されている一対の静圧気体軸受とを具備しており、一方の静圧気体軸受は、ロール体の内周面に対して軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面及びロール体の一端部に固着されている中空円板状のプレートの一方の面に対して軸受隙間をもって対面しているスラスト軸受面を有していると共に軸体に固着されている一方の軸受体と、前記プレートの他方の面に対して軸受隙間をもって対面しているスラスト軸受面を有していると共に軸体に固着されている他方の軸受体と、前記プレートと軸体との間に介在されていると共に一方の軸受体と他方の軸受体とを連結している環状の連結体と、一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体、一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給すべき気体及び他方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように、一方の軸受体、他方の軸受体及び連結体に形成されている給気通路と、一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体を軸体の一端部側に排気すると共に一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の外周側から軸体の一端部側に排気することができるように、プレートに形成されている一方の排気通路と、一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の内周側から軸体の一端部側に排気すると共に他方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の内周側から軸体の一端部側に排気することができるように、連結体及び他方の軸受体に形成されている他方の排気通路とを具備しており、他方の静圧気体軸受は、ロール体の内周面に対して軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に軸体に固着されている軸受体と、この軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように、当該軸受体に形成されている給気通路と、当該軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体及び一方の静圧気体軸受の一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体を軸体の他端部側に排気することができるように、他方の静圧気体軸受の軸受体に形成されている排気通路とを具備している。

本発明のロール装置によれば、特に、上述の一方の静圧気体軸受及び他方の静圧気体軸受を具備しているために、ロール体の回転精度を高めることができ、ロール体の重量を軽くすることができて回転摩擦の低減及び回転速度の向上を図り得、一方の静圧気体軸受及び他方の静圧気体軸受のラジアル方向に関する軸受径を大きくすることができ、また、一方の静圧気体軸受においてスラスト方向に関してもロール体を非接触支持するために、軸体等の熱膨張の影響を少なくし得、一方の静圧気体軸受によりラジアル方向及びスラスト方向に関して非接触支持すると共に他方の静圧気体軸受によりラジアル方向に関して非接触支持することでロール体の他方の静圧気体軸受側の部位をフリーにすることができて、軸方向の熱膨張の影響を少なくし得、しかも、軸受隙間に供給された気体（圧縮気体）を円滑にロール装置の外部に排気することができて、当該気体の不安定な排気に基づくロール体の回転精度の低下、回転摩擦の増大及び回転速度の低下を防止し得る。

本発明のロール装置の好ましい例では、排気通路は、軸体の長手方向において一方の静圧気体軸受のラジアル軸受面から気体が供給される軸受隙間に隣接していると共にプレートの一方の面に形成されている環状通路と、この環状通路に連通すると共にプレートの他方の面で開口するように当該プレートに形成されている連通路とを具備している。

本発明のロール装置の好ましい例では、排気通路は、プレートの内周面と連結体の外周面との間に形成された環状隙間と、連結体及びプレートを貫いて形成されており、プレートの他方の面で開口している通路と、この通路に連通していると共に前記環状隙間で開口している連通路とを具備している。

本発明によれば、より高い回転精度、回転摩擦の低減、回転速度の向上を図り得るロール装置を提供し得る。

次に本発明を、図に示す好ましい実施の形態の例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図６において、本例のロール装置１は、中空のロール体２と、ロール体２の中空部に隙間３をもって挿通されている軸体４と、ロール体２の両端部５及び６に夫々配されていると共にロール体２と軸体４との間に夫々介在されている一対の静圧気体軸受７及び８とを具備している。

ロール体２は、円筒状本体１１と、外周面１３が円筒状本体１１の一端部５における内周面１２の部位に固着されていると共に内周面１４が静圧気体軸受７に対して軸受隙間３１をもって対面している円筒体１５と、外周面１６が円筒状本体１１の他端部６における内周面１２の部位に固着されていると共に内周面１７が静圧気体軸受８に対して軸受隙間９１をもって対面している円筒体１８と、軸体４の一端部２１側に位置する円筒体１５の環状の端面１９に固着されている中空円板状のプレート２０とを具備している。円筒体１５及び１８の肉厚は互いに等しい。プレート２０は、円筒体１５を介して円筒状本体１１の一端部５に固着されている。

円柱状若しくは円筒状の軸体４は、円筒状本体１１、円筒体１５及び１８及びプレート２０に対して隙間３をもってロール体２に挿通されている。軸体４の両端部２１及び２２の夫々は、ロール体２の両端部５及び６から突出しており、当該両端部２１及び２２でフレーム等に固定支持されている。軸体４は、当該軸体４の長手方向に関して円筒体１５及び１８間に位置する大径軸部２３と、大径軸部２３の両側に位置する小径軸部２４及び２５と、大径軸部２３と小径軸部２４及び２５の夫々との連結部に形成されている段部２７及び２８とを具備している。小径軸部２４及び２５の径は、本例では互いに等しいが、異なっていてもよい。

静圧気体軸受７は、内周面１４に対して軸受隙間３１をもって対面しているラジアル軸受面３２及び他端部２２側に位置するプレート２０の面３３に対して軸受隙間３４をもって対面しているスラスト軸受面３５を有していると共に軸体４に固着されている円筒状の一方の軸受体３６と、一端部２１側に位置するプレート２０の面３８に対して軸受隙間３９をもって対面しているスラスト軸受面４０を有していると共に軸体４に固着されている中空円板状の他方の軸受体４１と、プレート２０と軸体４との間に介在されていると共に軸受体３６及び４１を連結している環状の連結体４２と、ラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給すべき気体、スラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給すべき気体及びスラスト軸受面４０から軸受隙間３９に供給すべき気体を給気することができるように、軸受体３６、軸受体４１及び連結体４２に形成されている給気通路４４と、ラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給された気体を一端部２１側に排気すると共にスラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の外周側から一端部２１側に排気することができるように、プレート２０に形成されている一方の排気通路４５と、スラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の内周側から一端部２１側に排気すると共にスラスト軸受面４０から軸受隙間３９に供給された気体を当該軸受隙間３９の内周側から一端部２１側に排気することができるように、連結体４２及び軸受体４１に形成されている他方の排気通路４６とを具備している。

軸受体３６及び４１は、プレート２０を挟んで互いに対向して配されている。軸受体３６及び４１は、連結体４２にねじ等を介して互いに連結されている。

軸受体３６は、内周面５１で小径軸部２４に固着されていると共に大径軸部２３側の端面５３で段部２７に固着されている円筒状の本体５５と、本体５５の外周面５２に接合されている多孔質体としての円筒状の多孔質金属焼結層５６と、本体５５のプレート２０側の端面５４に形成されている環状凹溝５８に接合されている多孔質体としての環状の多孔質金属焼結層５７とを具備している。

多孔質金属焼結層５６及び５７の夫々は、その全表面の無秩序な多数の部位で開口すると共に無秩序に互いに連通する多数の細孔を内部に有している。ラジアル軸受面３２は、多孔質金属焼結層５６の支持すべき円筒体１５に対面して露出する外周面からなり、スラスト軸受面３５は、多孔質金属焼結層５７の支持すべきプレート２０に対面して露出する当該プレート２０側の面からなる。スラスト軸受面３５は、本例では端面５４に対して面一であるが、例えば、横方向に関して端面５４に対して一方側又は他方側に配されてもよい。多孔質金属焼結層５６及び５７の夫々は、４重量％以上１０重量％以下の錫と、１０重量％以上４０重量％以下のニッケルと、０．１重量％以上０．５重量％未満の燐と、２重量％以上１０重量％以下の無機物質粒子と、残部が銅とからなっていてもよい。多孔質金属焼結層５６及び５７に分散含有される無機物質粒子は、黒鉛、窒化ホウ素、フッ化黒鉛、フッ化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも一つからなっていてもよい。

軸受体３６に対して一端部２１側に配された軸受体４１は、内周面６１で小径軸部２４に固着されている中空円板状の本体６２と、本体６２のプレート２０側の面６３に形成されている環状凹溝６５に接合されている多孔質体としての環状の多孔質金属焼結層６４とを具備している。スラスト軸受面４０は、多孔質金属焼結層６４の支持すべきプレート２０に対面して露出する当該プレート２０側の面からなる。スラスト軸受面４０は、面６３に対して面一である。多孔質金属焼結層６４は、多孔質金属焼結層５７と同様に形成されており、プレート２０を間にして互いに対向して配されている。

給気通路４４は、本体５５の外周面５２に形成された複数の環状通路７１、７２及び７３と、環状凹溝５８の底面に形成された環状通路７４と、環状凹溝６５の底面に形成された環状通路７５と、本体５５、連結体４２及び本体６２を貫いて形成されており、環状通路７１から７５の夫々に連通していると共に本体６２の外周面で開口している連通路７６とを具備している。斯かる給気通路４４では、前記開口から供給される気体（圧縮気体）を連通路７６を介して環状通路７１から７５の夫々に流入させ、当該流入した気体を多孔質金属焼結層５６、５７及び６４の夫々に供給し、而して、軸受隙間３１、３４及び３９に気体を供給する。

排気通路４５は、特に図６に示すように、軸体４の長手方向において軸受隙間３１に隣接していると共にプレート２０の面３３に形成されている環状通路８１と、環状通路８１に連通すると共にプレート２０の面３８で開口するようにプレートに形成されている連通路８２とを具備している。斯かる排気通路４５では、軸受隙間３１に供給された気体をプレート２０側から排気すると共に軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の外周側から排気する。尚、軸受隙間３９に供給された気体のうちの外周側に排出された気体はそのままロール装置１の外部に排気されることとなる。

排気通路４６は、特に図６に示すように、プレート２０の内周面８５と連結体４２の外周面８６との間に形成された環状隙間８７と、連結体４２及び本体６２を貫いて形成されており、本体６２の一端部２１側の面６６で開口している通路８８と、通路８８に連通していると共に環状隙間８７で開口している連通路８９とを具備している。斯かる排気通路４６では、軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の内周側から排気すると共に軸受隙間３９に供給された気体を当該軸受隙間３９の内周側から排気する。

静圧気体軸受８は、内周面１７に対して軸受隙間９１をもって対面しているラジアル軸受面９２を有していると共に軸体４に固着されている軸受体９３と、軸受体９３のラジアル軸受面９２から軸受隙間９１に供給すべき気体を給気することができるように、当該軸受体９３に形成されている給気通路９４と、ラジアル軸受面９２から軸受隙間９１に供給された気体及びラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給された気体、即ち、静圧気体軸受７及び８間の気体を他端部２２側に排気することができるように、軸受体９３に形成されている排気通路９５とを具備している。

軸受体９３は、内周面１０１で小径軸部２５に固着されていると共に大径軸部２３側の端面１０３で段部２８に固着されている円筒状の本体１０５と、本体１０５の外周面１０２に接合されている多孔質体としての円筒状の多孔質金属焼結層１０６とを具備している。ラジアル軸受面９２は、多孔質金属焼結層１０６の支持すべき円筒体１８に対面して露出する外周面からなる。多孔質金属焼結層１０６は、多孔質金属焼結層５６と同様に形成されている。

給気通路９４は、特に図１に示すように、本体１０５の外周面１０２に形成された複数の環状通路１１１、１１２及び１１３と、環状通路１１１から１１３の夫々に連通していると共に本体１０５の他端部２２側の端面１０４で開口するように本体１０５に形成されている連通路１１４とを具備している。斯かる給気通路９４では、前記開口から供給される気体（圧縮気体）を連通路１１４を介して環状通路１１１から１１３の夫々に流入させ、当該流入した気体を多孔質金属焼結層１０６の夫々に供給し、而して、軸受隙間９１に気体を供給する。

排気通路９５は、特に図１に示すように、端面１０３及び１０４の夫々で開口して本体１０５に形成された通路からなる。斯かる排気通路９５では、軸受隙間３１及び９１の夫々に供給された気体のうちロール体２の中空部に排出された気体が端面１０３における開口から流入され、流入された気体を端面１０４側の開口から排気する。尚、軸受隙間９１に供給された気体のうちの他端部２２側に排出された気体はそのままロール装置１の外部に排気されることとなる。

尚、符号１２０は、ボルト１２１の締め込みによって軸体４に圧接するスリット付の緊締具であり、緊締具１２０の夫々は静圧気体軸受７及び８の夫々を軸体４に固着するために用いられる。

斯かるロール装置１では、給気通路４４及び９４から多孔質金属焼結層５６、５７、６４及び１０６の夫々に給気されることによりラジアル軸受面３２及び９２並びにスラスト軸受面３５及び４０の夫々から軸受隙間３１、３４、３９及び９１の夫々に気体が供給され、而して、静圧気体軸受７及び８によりロール体２の非接触にてＲ方向に回転自在に支持する。ロール体２の横方向に関する位置ずれは軸受隙間３４及び３９における非接触支持によって禁止される。軸受隙間３１、３４、３９及び９１の夫々に供給された気体は、排気通路４５、４６及び９５の夫々から上述のように排気される。

本例のロール装置１によれば、中空のロール体２と、ロール体２の中空部に隙間３をもって挿通されていると共に両端部２１及び２２がロール体２から突出している軸体４と、ロール体２の両端部５及び６に夫々配されていると共にロール体２と軸体４との間に夫々介在されている一対の静圧気体軸受７及び８とを具備しており、静圧気体軸受７は、ロール体２の内周面１４に対して軸受隙間３１をもって対面しているラジアル軸受面３２及びロール体２の一端部５に固着されている中空円板状のプレート２０の一方の面３３に対して軸受隙間３４をもって対面しているスラスト軸受面３５を有していると共に軸体４に固着されている一方の軸受体３６と、前記プレート２０の他方の面３８に対して軸受隙間３９をもって対面しているスラスト軸受面４０を有していると共に軸体４に固着されている他方の軸受体４１と、前記プレート２０と軸体４との間に介在されていると共に一方の軸受体３６と他方の軸受体４１とを連結している環状の連結体４２と、一方の軸受体３６のラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給すべき気体、一方の軸受体３６のスラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給すべき気体及び他方の軸受体４１のスラスト軸受面４０から軸受隙間３９に供給すべき気体を給気することができるように、一方の軸受体３６、他方の軸受体４１及び連結体４２に形成されている給気通路４４と、一方の軸受体３６のラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給された気体を軸体４の一端部２１側に排気すると共に一方の軸受体３６のスラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の外周側から軸体４の一端部２１側に排気することができるように、プレート２０に形成されている一方の排気通路４５と、一方の軸受体３６のスラスト軸受面３５から軸受隙間３４に供給された気体を当該軸受隙間３４の内周側から軸体４の一端部２１側に排気すると共に他方の軸受体４１のスラスト軸受面４０から軸受隙間３９に供給された気体を当該軸受隙間３９の内周側から軸体４の一端部２１側に排気することができるように、連結体４２及び他方の軸受体４１に形成されている他方の排気通路４６とを具備しており、他方の静圧気体軸受８は、ロール体２の内周面１７に対して軸受隙間９１をもって対面しているラジアル軸受面９２を有していると共に軸体４に固着されている軸受体９３と、この軸受体９３のラジアル軸受面９２から軸受隙間９１に供給すべき気体を給気することができるように、当該軸受体９３に形成されている給気通路９４と、当該軸受体９３のラジアル軸受面９２から軸受隙間９１に供給された気体及び一方の静圧気体軸受７の一方の軸受体３６のラジアル軸受面３２から軸受隙間３１に供給された気体を軸体４の他端部２２側に排気することができるように、他方の静圧気体軸受８の軸受体９３に形成されている排気通路９５とを具備しているために、ロール体２の回転精度を高めることができ、ロール体２の重量を軽くすることができて回転摩擦の低減及び回転速度の向上を図り得、一方の静圧気体軸受７及び他方の静圧気体軸受８のラジアル方向に関する軸受径を大きくすることができ、また、一方の静圧気体軸受７においてスラスト方向に関してもロール体２を非接触支持するために、軸体４等の熱膨張の影響を少なくし得、一方の静圧気体軸受７によりラジアル方向及びスラスト方向に関して非接触支持すると共に他方の静圧気体軸受８によりラジアル方向に関して非接触支持することでロール体２の他方の静圧気体軸受８側の部位をフリーにすることができて、軸方向の熱膨張の影響を少なくし得、しかも、軸受隙間３１、３４、３９及び９１の夫々に供給された気体を円滑にロール装置１の外部に排気することができて、当該気体の不安定な排気に基づくロール体２の回転精度の低下、回転摩擦の増大及び回転速度の低下を防止し得る。

本発明の実施の形態の例の一部省略断面説明図である。 図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線断面矢視説明図である。 図１に示す例のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視説明図である。 図１に示す例のＩＶ−ＩＶ線断面矢視説明図である。 図１に示す例のＶ−Ｖ線断面矢視説明図である。 図４に示す例のＶＩ−ＶＩ線断面矢視説明図である。

符号の説明

１ ロール装置
２ ロール体
４ 軸体
７ 静圧気体軸受
８ 静圧気体軸受
３１、３４、３９、９１ 軸受隙間
３２、９２ ラジアル軸受面
３５、４０ スラスト軸受面
４４、９４ 給気通路
４５、４６、９５ 排気通路

Claims (3)

1. 中空のロール体と、ロール体の中空部に隙間をもって挿通されていると共に両端部がロール体から突出している軸体と、ロール体の両端部に夫々配されていると共にロール体と軸体との間に夫々介在されている一対の静圧気体軸受とを具備しており、一方の静圧気体軸受は、ロール体の内周面に対して軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面及びロール体の一端部に固着されている中空円板状のプレートの一方の面に対して軸受隙間をもって対面しているスラスト軸受面を有していると共に軸体に固着されている一方の軸受体と、前記プレートの他方の面に対して軸受隙間をもって対面しているスラスト軸受面を有していると共に軸体に固着されている他方の軸受体と、前記プレートと軸体との間に介在されていると共に一方の軸受体と他方の軸受体とを連結している環状の連結体と、一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体、一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給すべき気体及び他方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように、一方の軸受体、他方の軸受体及び連結体に形成されている給気通路と、一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体を軸体の一端部側に排気すると共に一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の外周側から軸体の一端部側に排気することができるように、プレートに形成されている一方の排気通路と、一方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の内周側から軸体の一端部側に排気すると共に他方の軸受体のスラスト軸受面から軸受隙間に供給された気体を当該軸受隙間の内周側から軸体の一端部側に排気することができるように、連結体及び他方の軸受体に形成されている他方の排気通路とを具備しており、他方の静圧気体軸受は、ロール体の内周面に対して軸受隙間をもって対面しているラジアル軸受面を有していると共に軸体に固着されている軸受体と、この軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給すべき気体を給気することができるように、当該軸受体に形成されている給気通路と、当該軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体及び一方の静圧気体軸受の一方の軸受体のラジアル軸受面から軸受隙間に供給された気体を軸体の他端部側に排気することができるように、他方の静圧気体軸受の軸受体に形成されている排気通路とを具備しているロール装置。
2. 排気通路は、軸体の長手方向において一方の静圧気体軸受のラジアル軸受面から気体が供給される軸受隙間に隣接していると共にプレートの一方の面に形成されている環状通路と、この環状通路に連通すると共にプレートの他方の面で開口するように当該プレートに形成されている連通路とを具備している請求項１に記載のロール装置。
3. 排気通路は、プレートの内周面と連結体の外周面との間に形成された環状隙間と、連結体及びプレートを貫いて形成されており、プレートの他方の面で開口している通路と、この通路に連通していると共に前記環状隙間で開口している連通路とを具備している請求項１又は２に記載のロール装置。

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