JP5798615B2 - ローラ機構 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２本のローラがケーシングに固定され、ローラ間にローラ間隙を形成することができ、ローラの先端が軸受けに回転可能に取り付けられ、ローラの内少なくとも１本が繰出ローラとして形成されて、ローラ間隙を変更しつつ繰出ローラの軸受けを移動することのできる調整システムが該ローラに装備されているローラ機構に関する。

このようなローラ機構は例えばプラスチックシートおよびプラスチックプレートの製造に使用される。典型的な使用例は、押出工程において形成された溶融物をフラットダイからの流出後に、２本のローラ間の調節可能な平滑用間隙を通して導く、いわゆるカレンダ装置である。溶融物はこの間に冷却されて、シート全面にわたって厚さが均一で外見が均質のシート帯が生じるように形成される。このようないわゆるカレンダシートは例えばポリスチロール、ポリプロピレンないしポリエステルで形成され、特に食品の輸送および保護において、ならびに自動車産業において広く利用される。

カレンダ装置には通常ローラが少なくとも２本含まれ、その内の１本は固定式のローラで、少なくとももう１本のローラは繰出ローラとして形成されている。該繰出ローラは調整システムを介して移動可能であり、したがって固定式のローラと調整可能なローラの間の平滑用間隙を異なる大きさに調整することができる。この方法で厚さの異なるシートが製造され得る。

周知のカレンダ装置は、その際通常は油圧式調整システムを装備しており、これには様々な欠点がある。とにかくこの場合に使用される油圧作動液（通常はオイル）は、漏れた場合にシート帯を汚染して、これを使用不能にする。さらに、定期的に交換する必要のある油圧液の使用は比較的費用がかかり、相応の装置は比較的大きなスペースを必要とする。結局、油圧システムはここで必要な精度で制御できない場合が非常に多く、したがって調整された平滑用間隙の算定および場合によってはその追加調節のために、費用のかかる追加の測定装置を装備する必要がある。

特許文献１により、複数のローラを備え、ラック・ピニオンシステムで構成された調整手段を用いて、最上部のローラの接触面圧をその下に位置する他のローラ上に発生させることのできるカレンダが知られている。間隙調整は最下部のローラを基にして、そこに作用する油圧シリンダを介して実行される。

特許文献２および特許文献３は、スピンドル・スピンドルナットシステムを用いたローラ調節装置を有するカレンダを記載する。しかし、このようなスピンドルとその上を移動するスピンドルナットを用いたシステムは、調整性を保証するために両方の調整方向において大きな遊びを設けることが不可避であり、このために、例えばカレンダ装置において正確な間隙調整をするには、このような構造は不適切となる。

米国特許出願公開第４４３４７１３号明細書 米国特許出願公開第２８６１５０４号明細書 米国特許出願公開第１９８９０３８号明細書

本発明の課題は、上述の技術水準の欠点を克服し、高精度の、理想的には遊びのないローラ間隙の調整を可能にするローラ機構の提供である。

前記課題は請求項１の特徴を備えたローラ機構により解決される。
本発明の有利な実施形態および発展的形態は従属請求項の対象事項である。

本発明は、ローラ間隙の調整に用いられる調整システムが、ラックならびに、ラックと歯の噛み合うピニオンを備え、ピニオンがモータを介して回転駆動可能であり、その際ピニオンとラックの間隔が、両部材間の歯の噛み合いの深さを変更することによって変更可能であることを考慮する。

換言すれば、本発明の中心概念はこれまでローラの繰り出しに用いられてきた油圧システムを電気機械式システムに替えることにある。このようなシステムは、正確な位置決めに関して発明に従って考慮されたラックとピニオンを備えた形態において従来の油圧システムより優れており、油圧システムに対する経済的な代替案となる。

詳細には、ラックが繰出ローラの軸受けに作用し、モータを介して駆動可能なピニオンと共に、モータおよびピニオンの回転運動がラックの、したがって繰出ローラの軸受けの直線運動に転換されるように共同作用することが考慮されている。そこで、モータの回転方向に応じて、繰出ローラが固定ローラに接近する方向ないしこれから遠ざかる方向に、ローラ間隙を変更しつつ動かされ得る。その際ラックとピニオンの対応する歯部は、調整距離を非常に正確に調整できるように形成されている。これによってμｍ幅における最小限の調整距離を移動させることができる。

発明に従って考慮されたピニオンとラックの間隔の可変性に基づいて、この噛み合っている、調整装置の両部材間の歯の噛み合いの深さが調整され、変更され得る。通常、ピニオンとこれに対応するラックの歯の噛み合いの深さは、その場合に一般的な歯面間の遊びに基づいて、付属のモータを用いたピニオンの回転時に、ラックの歯切り部におけるピニオン歯部の滑らかな移動を保証する既定の大きさに固定される。しかし、例えば望みの位置に達した後に、ピニオンとラックの間隔を相応に狭めることによって歯の噛み合いの深さをより大きくすると、存在する歯面間の遊びも狭められて理想的にはほぼ完全に排除される。

本発明はこの上述の作用を利用して、それ自体が有利なラック・ピニオンシステムを用いた容易な調整を保証し、調整装置内の遊びを排除する。この方法によって実験では既に遊びが１／１００ｍｍ未満に調整された。

ローラ間隙の変更が改めて必要になれば、まず歯の噛み合いの深さ、そしてこれに伴う歯面間の遊びを、ピニオンとラックの間隔を大きくすることによって再び通常のレベルに広げ、次いでピニオンの回転によって望みの調整距離を移動した後に、新たに遊びの排除プロセスを開始することを考慮しておくことができる。

しかし、調整は稀にしか必要でないことから、遊びの排除された状態においてもなお調整が可能であるので、調整装置を用いて永続的な調整を行うことも可能である。

本発明の代替実施形態においては、ピニオンとモータをケーシングに固定する際に交換可能なスペーサプレートを間に挟み、スペーサプレートの厚さによってピニオンとラックの間隔が限定されるようにすることが考慮されている。スペーサプレートの適切な厚さの選択あるいは該プレートの相応の再加工、例えば機械式材料除去によって、調整装置内の遊びが望みの大きさに排除され得る。

本発明の提案に従って、ピニオンに作用する偏心歯車装置を介してピニオンとラックの間隔を変更することができ、該装置は例えばクランクハンドルないし制御可能な駆動装置を介して相応に操作されることによって、ピニオンとラックの間隔を望み通りに変更させる。

さらに、安定した調整状態が保証されるように、ピニオン１１とラック１０の間隔が解除可能に固定可能であることを考慮しておくことができる。この方法によってピニオンによる予圧をラックに対して発生させ、両部材間の遊びを完全に排除することもできる。両部材には、例えば摩擦および磨損を最小限にするために、適切なコーティング、例えばＰＶＤコーティングを施しておくこともできる。

ラックおよびピニオンは本発明の提案に従って、より広い歯面支持を実現するために斜歯形状に形成されている。
さらに、ラックはより優れた安定性を達成するために、焼き戻し、研磨ならびにホーニング加工によって形成されている。

本発明の実施形態に従って、繰出ローラは両方の軸受けに、ラックとピニオンならびに付属の駆動モータからなる、発明に従った調整システム各１つを装備している。その際、両調整システムが中央制御可能であることが好ましく、それによってローラの非常に精確な平行移動、したがってローラの全長にわたって均一な大きさに形成されたローラ間隙の調整が可能である。

本発明のさらに別の提案は、ピニオンと調整システムのモータの間に歯車装置を配置しておくことを考慮する。このような歯車装置によって、例えば駆動装置に歯車比を導入することができる。発明のより好ましい実施形態では、該歯車装置はねじり剛性が高く、歯面間の遊びが少ない遊星歯車装置として形成されており、これによって特に大きな歯車比が実現され得る。

ピニオンを駆動するモータは発明の実施形態に従ってサーボモータである。サーボモータはコンパクトな構造形式に加えて、その非常に優れた制御挙動において傑出しており、マイクロメータの精度で目標位置に達することを可能にする。

発明に従ったローラ機構のさらに別の実施形態では、３本のローラが考慮されており、そのローラの内少なくとも２本が繰出ローラとして形成されている。このような機構において２つのローラ間隙を調整することができ、例えばカレンダ成形されるべきシート帯を連続的に両方の平滑用間隙を通して導くことができ、それによってカレンダ工程における特に優れた成果が達成され得る。

最後に、発明に従ったローラ機構によってさらに、不可避なローラのたわみを補正する目的で、繰出ローラが調整不能なローラの向こう側に横切ることができるように取り付けられた、すなわち両ローラの理想的な中心線がこの場合平行には延びず、相互に僅かに交差して延びる、いわゆる軸交差も可能になり、それによって両ローラ間にたわみのない一定の間隙を調整することができる。
以下において、本発明が実施例に基づき、添付の図面を参考にしてより詳細に説明される。

発明に従ったローラ機構の模式的俯瞰図である。 図１に示したローラ機構の模式的側面図である。 発明に従ったローラ機構の部分図である。 発明に従った、歯面間の遊びを減少させるための原理を示した模式図である。 発明に従ったローラ機構の図３に相当する代替実施形態を示した図である。 図５ａに従った装置の側面図である。

図１および２は全体として１で表示されたカレンダ装置のローラ機構を示しており、該機構には支持枠１６に固定されて平行配置された３本のローラ２、３、１５が含まれる。３本のローラ２、３、１５は全て、先端部が軸受け５、６、７、８、１８、１９に回転可能に取り付けられており、該軸受けを介して支持枠１６と接続している。３本のローラ２、３、１５の各々が専用の駆動モータ１７を有し、これを介して回転され得る。
中央に配置されたローラ３は固定ローラであり、それに対して両方のローラ２、１５は繰出ローラとして形成されている。両繰出ローラはそれぞれ両側に調整システム９を装備しており、これを介して各軸受け５、６、１８、１９が、中に収容しているローラ２、１５と共に支持枠１６に沿って直線状に移動され得る。
軸受け５、６、１８、１９の移動によって、ローラ２と３の間でローラ間隙４が、そしてローラ３と１５の間でローラ間隙２０が調整され得る。

以下に示す、調整システム９の構造および作動方法の説明は、図１の左下に示した、ローラ２の軸受け５を移動するための調整システム９に限定する。ローラ機構の構造的左右対称性に基づいて、ローラ２のもう一方の先端に配置された調整システム９に対しても、ローラ１５の位置を制御する両方の調整システム９に対しても同じことが当てはまる。
調整システム９はラック１０ならびにこれと共同作用するピニオン１１を有する。ラック１０は軸受け５に作用する。サーボモータ１２および間に挿入された遊星歯車装置１４を介して、ピニオン１１を回転駆動することができ、これによってさらに、ラック１０およびこれと同時に軸受け５が直線状に、支持枠１６によって導かれて移動される。サーボモータ１２の回転方向に応じて、固定ローラ３に接近する、あるいはこれから遠ざかる移動が行われる。その際サーボモータの使用によって、非常に正確に望みの位置に達することができる。

ローラ２を固定ローラ３に対して正確に平行移動して配置することができるように、両軸受け５および６の繰り出し動作を行うための調整システム９は同期駆動される。
前述の調整システム９の操作によって、繰出ローラ２、１５が望みの移動距離に達し、固定ローラ３に対するローラ間隙が望みの大きさに調整されると直ぐに、できる限り一定の製品品質を保証する目的で、ローラ間に接触面圧が発生した場合においてもローラ間隙を望みの大きさに維持するために、調整可能なローラの全てができる限り遊びなしで固定される必要がある。

この目的でサーボモータ１２は、遊星歯車装置１４ならびに該装置によって回転駆動されるピニオン１１を用いて、図３から明らかなように、外歯を備えた環状の偏心輪９０および該外歯に噛み合うピニオン９１からなる偏心歯車装置に取り付けられており、該ピニオンは例えば回し工具（図示せず）ないし適切な駆動モータが旋回軸９２に作用することによって自転することができ、さらに歯車の噛み合いの結果として偏心輪９０をいわばねじり回転させる。

図４に示した模式図から明らかなように、偏心輪９０を一方ないし反対の回転方向に操作すると、ラック１０に噛み合うピニオン１１が、図４において矢印Ｓで示した通り、ラック１０の歯元１００内部の方向あるいはその反対方向へ移動する。
これに従って、偏心輪９０の操作によってピニオン１１が矢印Ｓの方向に右に移動されると、ラック１０におけるピニオン１１のピニオン歯部１１１の歯の噛み合いの深さが大きくなり、したがってピニオン１１とラック１０の間隔Ｔが相応に狭められる。それに応じてピニオン１１とラック１０の間の歯面間の遊びも少なくなり、したがってピニオン１１とラック１０の間にほぼ完全に遊びのない状態が調節され得る。

繰出ローラ２、１５と固定ローラ３の間のローラ間隙を変更するために調整システム９を改めて操作する必要があれば、その場合はまず、ピニオン１１が図４の図に従って矢印Ｓの方向に左に動かされるように、ピニオン９１を用いて偏心輪９０を回転させ、それによってピニオン１１とラック１０の間隔Ｔを広げることにより、ピニオン１１とラック１０の間の歯の噛み合いの深さを浅くして、ピニオン１１が矢印Ｒの方向に容易に回転し、その反応として矢印Ｖの方向に移動されるのに十分な歯面間の遊びを再び得ることができる。この方法によって新たな望みのローラ間隙が調節されると直ぐに、歯の噛合の深さを再びできる限り最小限に減らすために、改めて偏心輪９０が操作される。
この代わりとして、歯面間の遊びを永続的に最小限に減らして維持することも、この状態においてもなおラック１０におけるピニオン１１の動きが可能であることから、可能である。しかし、調節されたラックの遊びが僅かであることからローラ間隙の高精度の調節が可能である。

ここでカレンダシートを製造する際には、可塑化装置において製造され、シート押出ダイから流出する溶融流が図１に従ったカレンダ装置に流し込まれ、そこでまずローラ２の上を通って導かれ、次にローラ間隙４を通って流されて、ローラ３の下からローラ間隙２０を通り抜けて再びローラ１５の上へ導かれる。カレンダ装置には通常、でき上がったシートを巻き付ける巻き取り装置が接続する。カレンダ装置のローラ２、３、１５は溶融流を冷却するために冷やされる。

図１に示した状況においてローラ間隙４は広く開いており、これは例えばカレンダ成形するべき溶融流が最初に中に通される際に使用される。溶融流がローラ２、３、１５を介して導かれ、ローラ間隙４、２０を通り抜けると直ぐに、ローラ間隙４を、軸受け５、６の移動により上述の方法で、予め設定した、それぞれのカレンダ工程に必要な大きさになるまで小さくすることができる。このように狭く調節した平滑用隙間は、図１においてはローラ間隙２０の例で認識できる。図２の側面図において、繰出ローラとして形成されたローラ２が相応の移動によって相互に離れた２つの位置で示されている。
発明に従った、サーボモータおよび遊星歯車装置を備えたローラ機構を用い、使用されるローラの種類に応じて５０００００Ｎまでの把持力および１０００００Ｎまでの移動力を示すことができる。この方法で実現可能な移動距離は５μｍから２μｍの位置決め精度において一般的に１５０ｍｍから２００ｍｍである。

発明に従った電気機械式調整システムを備えたローラ機構の利点は、特に正確な制御性ならびに油圧システムに比べて操作がより容易なことにある。それに加えて電気機械式システムは構造方式がよりコンパクトであり、磨損がより僅かである。発明に従ったシステムによって可能な繰出ローラの精確な位置決め性能に基づいて、主としてローラ間隙を追加調整するための追加の測定装置および調整装置を備える必要がなく、したがって、電気機械式システムの使用によって経済的な利点も生じる。

図５ａ、５ｂに従った実施例においては、ピニオン１１を駆動するモータ１２が交換可能なスペーサプレート１２０を間に挟んで支持枠１６に固定されており、その際、スペーサプレート１２０の厚さはピニオン１１とラック１０の間隔、したがってラック１０におけるピニオン１１のピニオン歯部の噛合の深さを決定する。

ここでスペーサプレート１２０の厚さを例えば該プレートの交換および／あるいは加工によって変更すると、ピニオン１１とラック１０の間隔、したがって歯面間の遊びも相応に変化する。スペーサプレート１２０の厚さをより薄く形成すれば、それだけ上述の遊びがより小さくなる。これによって歯面間の遊びを可能な限り最適な最小限に調節することができる。

最後に図５ｂからは、ここに示した実施例において調整システム９を備えた両方の繰出ローラ２、１５が形成されているが、繰出ローラ１５には追加として調整システム９に対して９０°方向転換して配置された第２の調整システム９ａが装備されており、該システムを用いて固定ローラ３に対する軸交差を調整することによって、ローラのたわみが補正され得ることがさらに認識される。

Claims (11)

1. 少なくとも２本のローラ（２、３）が支持枠（１６）に固定され、ローラ間にローラ間隙（４）を形成することができ、ローラ（２、３）の先端が軸受け（５、６、７、８）に回転可能に取り付けられ、ローラ（２、３）の内少なくとも１本が繰出ローラとして形成されて、ローラ間隙（４）を変更しつつ繰出ローラの軸受け（５、６）を移動することのできる調整システム（９）が該ローラに装備されているローラ機構（１）であって、調整システム（９）が、ラック（１０）ならびに、ラックと歯の噛み合うピニオン（１１）を備え、該ピニオンがモータ（１２）を介して回転駆動可能であり、その際ピニオン（１１）とラック（１０）の間隔が、両部材間の歯の噛み合いの深さを変更することによって変更可能であることを特徴とするローラ機構。
2. ピニオン（１１）に作用する偏心歯車装置を介してピニオン（１１）とラック（１０）の間隔が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のローラ機構（１）。
3. ピニオン（１１）とモータ（１２）を支持枠（１６）に固定する際に交換可能なスペーサプレート（１２０）を間に挟み、スペーサプレート（１２０）の厚さによってピニオン（１１）とラック（１０）の間隔が限定されることを特徴とする請求項１に記載のローラ機構。
4. ピニオン（１１）とラック（１０）の間隔が解除可能に固定可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。
5. 繰出ローラが両方の軸受け（５、６）にそれぞれ一個の調整システム（９）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。
6. 繰出ローラの両方の調整システム（９）を介して繰出ローラーの軸受け（５、６）を繰出ローラとともに支持枠（１６）に沿って直線状に移動させる請求項５記載のローラ機構（１）。
7. 調整システム（９）のピニオン（１１）とモータ（１２）の間に歯車装置（１４）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。
8. 歯車装置（１４）が遊星歯車装置として形成されていることを特徴とする請求項７に記載のローラ機構（１）。
9. モータ（１２）がサーボモータであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。
10. ３本のローラ（２、３、１５）を含み、そのローラの内２本のローラ（２、１５）が繰出ローラとして形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。
11. 繰出ローラ（２、１５）の内少なくとも１本が固定ローラ（３）に対する軸交差を調整することにより、ローラのたわみが補正可能であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のローラ機構（１）。