JP6507965B2 - ローラ - Google Patents
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Description
本発明は、例えばフィルム搬送装置で用いられるローラに関する。
特許文献1及び特許文献2には、固定軸に対して回転自在に支持されたローラを回転駆動するモータが内蔵されたモータ内蔵ローラが記載されている。これら特許文献1及び特許文献2に記載されたモータ内蔵ローラは、ベルトコンベアやローラコンベア等に利用されることを前提としている。
例えば、フレキシブル基板や曲面ディスプレイに用いられる液晶フィルムあるいは有機ELフィルム等の高機能フィルムの製造に用いられるフィルム搬送装置では、フィルムにスリップによる擦り傷や皺、変形等の欠陥を生じることなく、高速かつ適正張力でフィルムを搬送する必要がある。一般に、モータ内蔵ローラは、少なくともローラの両端に軸受を設ける必要があるが、両端の軸受がそれぞれラジアル荷重とモーメント荷重の双方を受ける構造である場合には、軸受の寿命が短くなる。また、軸方向あるいは径方向にガタツキが発生して適正張力を得られなくなり、搬送時に弛みが発生してフィルムに皺等の欠陥を生じる可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸方向及び径方向のガタツキの発生を抑制して軸受の長寿命化を実現することが可能なローラを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、ローラは、ステータ及び該ステータの径方向外側に対向配置されて相対回転するロータを含むモータ部と、前記ロータと共に回転する円筒状のローラハウジングと、前記ステータが固定される筒状のトーションバーと、前記トーションバーの内壁との間に間隙を介して貫通され、前記トーションバーの軸方向の一方端を固定させる貫通シャフトと、軸方向に前記モータ部を間に挟む位置に配置され、前記ローラハウジングを回転自在に支持する第1軸受及び第2軸受と、前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方に予圧を加える予圧機構と、を有する。
上記構成により、軸方向及び径方向のガタツキを抑制することができるので、軸受の長寿命化を実現すると共に、フィルム搬送装置における適正な張力制御が可能となる。
また、望ましい態様として、前記予圧機構は、前記貫通シャフトと、前記トーションバーの前記貫通シャフトとの固定端に設けられ、外周に前記第1軸受の内輪が固定された円盤部と、前記貫通シャフトの軸方向の他方端に設けられ、外周に前記第2軸受の内輪が固定された円盤部材と、前記円盤部材に対し、前記貫通シャフトの一方端に向かう軸方向に平行な方向に付勢力を与える弾性部材と、を含むことが望ましい。
上記構成により、第1軸受及び第2軸受の双方に対して予圧を加えることができる。
また、前記弾性部材は、前記貫通シャフトの他方端に設けられた調整部材と前記円盤部材との間に設けられた皿ばねであっても良い。
また、望ましい態様として、前記弾性部材は、前記貫通シャフトの他方端に設けられた調整部材と前記円盤部材との間に設けられた圧縮コイルばねであるのが好ましい。
上記構成により、高温環境下やローラの内部温度と外部温度との差が大きい場合でも、定圧予圧状態を維持することが可能となる。
また、望ましい態様として、前記予圧機構は、前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方を構成する組み合わせ軸受であるのが好ましい。
上記構成により、回転精度が高いローラを得ることができる。
また、望ましい態様として、前記ローラハウジングの回転を検出する第1の回転検出器と、前記貫通シャフトに対する前記トーションバーの軸方向の他方端の相対的な回転を検出する第2の回転検出器と、を有する構成であるのが好ましい。
上記構成により、第1の回転検出器により検出されるモータ部の位置情報と、第2の回転検出器により検出されるトーションバーの軸方向の他方端の角度変位とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部を出力制御することで、帯状搬送物を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
また、望ましい態様として、前記ローラハウジングの回転を検出する第1の回転検出器と、前記トーションバーの軸方向の他方端に対する前記ローラハウジングの相対的な回転を検出する第2の回転検出器と、を有する構成であるのが好ましい。
上記構成により、第1の回転検出器により検出される位置情報と、第1の回転検出器により検出されるモータ部の位置情報と第2の回転検出器により検出されるモータ部の位置情報との差分とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部を出力制御することで、帯状搬送物を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
また、望ましい態様として、前記第1の回転検出器及び前記第2の回転検出器の少なくとも一方はレゾルバであるのが好ましい。
上記構成により、振動に強く、また、高温環境下での用途に適したローラを得ることができる。
本発明によれば、軸方向及び径方向のガタツキの発生を抑制して軸受の長寿命化を実現することが可能なローラを提供することができる。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係るローラの一例を示す断面図である。図1に示す例において、ローラ1は、減速機構を介さずに、発生した動力を対象物にダイレクトに伝達するダイレクトドライブモータである。図1に示すように、ローラ1は、フレキシブル基板や曲面ディスプレイに用いられる液晶フィルムあるいは有機ELフィルム等の高機能フィルムを一例とする帯状搬送物を搬送するための動力を発生するモータ部2と、モータ部2の回転を検出する回転検出器3と、モータ部2及び回転検出器3を保持するハウジング4と、ローラ1で発生するトルクを検出するためのトルク検出器5とを備えている。モータ部2、回転検出器3、及びトルク検出器5は、それぞれ図示せぬ制御装置に電気的に接続されており、ローラ1は、この制御装置によって制御される。
図1は、実施形態1に係るローラの一例を示す断面図である。図1に示す例において、ローラ1は、減速機構を介さずに、発生した動力を対象物にダイレクトに伝達するダイレクトドライブモータである。図1に示すように、ローラ1は、フレキシブル基板や曲面ディスプレイに用いられる液晶フィルムあるいは有機ELフィルム等の高機能フィルムを一例とする帯状搬送物を搬送するための動力を発生するモータ部2と、モータ部2の回転を検出する回転検出器3と、モータ部2及び回転検出器3を保持するハウジング4と、ローラ1で発生するトルクを検出するためのトルク検出器5とを備えている。モータ部2、回転検出器3、及びトルク検出器5は、それぞれ図示せぬ制御装置に電気的に接続されており、ローラ1は、この制御装置によって制御される。
モータ部2は、ステータ21と、ステータ21に対して回転可能なロータ22とを有する。ロータ22は、回転軸AXを中心に回転する。以下、回転軸AXと平行な方向を「軸方向」ともいう。
本実施形態において、モータ部2は、アウターロータ型のモータである。ロータ22は、ステータ21の周囲に配置される。回転軸AXに対して、ロータ22は、ステータ21の外側に配置される。
ステータ21は、ステータコア21Aと、ステータコア21Aに支持されるコイル21Bとを有する。ステータコア21Aは、回転軸AXの周囲において、等間隔で複数配置されるティースを有する。コイル21Bは、複数設けられる。コイル21Bは、ステータコア21Aの複数のティースのそれぞれに支持される。
ロータ22は、回転軸AXの周囲において、等間隔で複数配置された永久磁石を含む。ステータ21のステータコア21Aとロータ22とは、間隙g1を介して対向する。
本実施形態において、回転検出器3は、レゾルバステータ31とレゾルバロータ32とを含むレゾルバであり、モータ部2におけるロータ22の回転速度、回転方向、及び回転角度の少なくとも一つを含む位置情報を検出する。
本実施形態において、トルク検出器5は、レゾルバステータ51とレゾルバロータ52とを含むレゾルバである。このトルク検出器5については後述する。
ハウジング4は、ロータ22と共に回転する円筒状のローラハウジング41と、トーションバー42と、貫通シャフト43と、円盤部材45とを含む。
貫通シャフト43は、トーションバー42を貫通して設けられている。貫通シャフト43の軸方向の一方端は、トーションバー42の軸方向の一方端が固定されると共に、設備100に対してインロウによる位置決めを行うための嵌合部43Aが設けられている。貫通シャフト43は、トーションバー42との固定部から軸方向の他方端に向けて、トーションバー42と間隙g2を介して対向している。貫通シャフト43の軸方向の他方端は、円盤部材45を貫通しており、ナット43Bで弾性部材である皿ばね43Cを介して円盤部材45に機械的に接続されている。
トーションバー42は、貫通シャフト43に固定された軸方向の一方端に設けられた円盤部42Aと、貫通シャフト43との間に間隙g2を介しつつ、円盤部42Aから軸方向の他方端に延びる円筒部42Bとを含む。トーションバー42の円盤部42Aには、ネジ101で設備100に固定するためのネジ穴42Cと、設備100への取付け面とが設けられている。トーションバー42の円筒部42Bの外周面には、ステータ21のステータコア21A及び回転検出器3のレゾルバステータ31が設けられている。円筒部42Bの軸方向の他方端には、支持部材44が設けられている。以下、トーションバー42が貫通シャフト43に固定された軸方向の一方端を、「トーションバー42の固定端」ともいう。また、円筒部42Bの軸方向の他方端を、「トーションバー42の開放端」ともいう。
支持部材44は、トーションバー42の開放端に固定される円盤部44Aと、円盤部44Aの外周部から軸方向の他方端側に延びる円筒部44Bとを含む。支持部材44の円筒部44Bの内周面には、トルク検出器5のレゾルバロータ52が設けられており、貫通シャフト43には、レゾルバロータ52と対向する位置にトルク検出器5のレゾルバステータ51が設けられている。
ローラハウジング41は、軸方向の一方端が第1軸受6を介してトーションバー42の円盤部42Aの外周部で支持され、軸方向の他方端が第2軸受7を介して円盤部材45の外周部で支持されている。第1軸受6は、内輪がトーションバー42の円盤部42Aに支持され、外輪がローラハウジング41の内周面に支持されている。第2軸受7は、内輪が円盤部材45に支持され、外輪がローラハウジング41の内周面に支持されている。ローラハウジング41の内周面には、モータ部2のステータ21に対向する位置にモータ部2のロータ22が設けられ、回転検出器3のレゾルバステータ31に対向する位置に回転検出器3のレゾルバロータ32が設けられている。
貫通シャフト43と、トーションバー42の円盤部42Aと、円盤部材45と、皿ばね43Cとは、第1軸受6及び第2軸受7に予圧を加える予圧機構を構成している。
第1軸受6は、外輪の角部がローラハウジング41の段差41Aに当接し、内輪の角部がトーションバー42の円盤部42Aの段差42Dに当接した状態で軸方向に挟持される。第2軸受7は、外輪の角部がローラハウジング41の段差41Bに当接し、内輪の角部が円盤部材45の段差45Cに当接した状態で軸方向に挟持される。この状態で、皿ばね43Cを介してナット43Bを締め込み、皿ばね43Cが自然長よりも短いL1に圧縮されることで、第1軸受6及び第2軸受7の双方に予圧を加えることができる。これにより、軸方向及び径方向のズレが抑制され、モータ部2を駆動した際の軸方向及び径方向のガタツキの発生を抑制することができる。
次に、図1乃至図3を用いて、実施形態1に係るローラ1の動作について説明する。図2は、実施形態1に係るローラにおいて帯状搬送物にかかる張力とトルクとの関係を説明する図である。図3は、実施形態1に係るローラの動作例を示す図である。
図2に示すように、ローラ1におけるローラハウジング41の半径をrとし、帯状搬送物200にかかる張力をFとすると、回転軸AX周りに働くトルクTは、T=F×rで表される。これを張力Fについて変形すると、以下の(1)式のように表される。つまり、トルクTを検出することにより、張力Fを求めることができる。
F=T/r …(1)
ここで、本実施形態において、貫通シャフト43の回転方向に対する剛性は、モータ部2の駆動力により生じるトルクに対して十分に大きく、トーションバー42の回転方向に対する剛性は、貫通シャフト43の回転方向に対する剛性よりも小さいものとする。
図3に示すように、モータ部2を駆動してローラハウジング41をA矢示方向に回転させると、ステータ21のステータコア21Aが固定されたトーションバー42の円筒部42BにB矢示方向の反力が作用し、貫通シャフト43に対して相対的な捩れが生じる。
本実施形態では、回転検出器3を第1の回転検出器とし、トルク検出器5として、例えば、1度以下の角度変位を検出可能な第2の回転検出器を用いて、モータ部2を駆動したときのトーションバー42の開放端の角度変位(微小角度θ)を検出する。このトーションバー42の開放端の角度変位をトルクTに換算することで、(1)式に示す張力Fを求めることができる。すなわち、回転検出器3(第1の回転検出器)により検出されるモータ部2の位置情報と、トルク検出器5(第2の回転検出器)により検出されるトーションバー42の開放端の角度変位(微小角度θ)とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部2を出力制御することで、帯状搬送物200を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
なお、間隙g2は、モータ部2の駆動時におけるトーションバー42の捩れを阻害しない程度に狭いのが好ましく、より具体的には、例えば、0.05mm乃至0.2mm程度であることが望ましい。また、トーションバー42の円筒部42Bと貫通シャフト43との間に間隙g2を設けることで、ステータ21のステータコア21Aとロータ22との間に介在する間隙g1の誤差範囲が大きくなる。ここで、間隙g1と間隙g2との関係がg1≦g2である場合、モータ部2の駆動時においてステータ21のステータコア21Aとロータ22とが接触する可能性がある。このため、間隙g1と間隙g2との関係は、g1>g2であるのが望ましい。
また、図1に示す例では、回転検出器3とモータ部2との相互間の磁気干渉を防ぐ遮蔽板8を設けているが、回転検出器3とモータ部2とが相互間の磁気干渉による影響を受けない程度に離れて配置される場合には、遮蔽板8を設けなくても良い。また、磁気遮蔽効果を有する強磁性体の部材で支持部材44を構成することで、トルク検出器5とモータ部2との相互間の磁気干渉を防ぐことが可能であり、図1に示す例では、トルク検出器5とモータ部2との間には遮蔽板を設けていないが、支持部材44を樹脂やアルミニウム等の部材で構成する場合には、トルク検出器5とモータ部2との間に遮蔽板を設けて相互間の磁気干渉を防ぐようにしても良い。
なお、図1に示す例では、回転検出器3をモータ部2よりもトーションバー42の固定端側に配置した例を示しているが、モータ部2を駆動したときに回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報の変化範囲は、貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れに対して十分に大きく、回転検出器3を設ける軸方向の位置によって回転検出器3の検出精度に与える影響は小さい。このため、例えば、回転検出器3をモータ部2とトルク検出部5との間に配置しても良い。この場合、モータ部2を駆動したときの貫通シャフト43に対する回転検出器3のレゾルバステータ31の回転方向位置における捩れが図1に示す例よりも大きくなるが、上述したように、モータ部2を駆動したときに回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報の変化範囲は、貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れに対して十分に大きいため、回転検出器3のトーションバー42上における位置によって回転検出器3の検出精度に与える影響を無視することができる。あるいは、回転検出器3をトルク検出器5よりも軸方向の他方端側に配置しても良い。この場合、回転検出器3のレゾルバステータ31は、トーションバー42よりも回転方向の剛性が大きい貫通シャフト43に設けられる。このため、モータ部2を駆動したときの回転検出器3の検出精度が貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れによる影響を受けることがない。
以上のように、回転検出器3により検出される位置情報は、回転検出器3のレゾルバステータ31をトーションバー42の円筒部42Bに配置したとしても、回転検出器3のレゾルバステータ31を貫通シャフト43に配置した場合と等価と見做すことができる。すなわち、回転検出器3は、貫通シャフト43に対するローラハウジング41の位置情報を検出しているものと見做すことができる。
(変形例)
図4は、実施形態1の変形例に係るローラの一例を示す断面図である。図4に示すローラ1aでは、設備100aに対してインロウによる位置決めを行うための嵌合部45Aが円盤部材45a側に設けられている。
図4は、実施形態1の変形例に係るローラの一例を示す断面図である。図4に示すローラ1aでは、設備100aに対してインロウによる位置決めを行うための嵌合部45Aが円盤部材45a側に設けられている。
円盤部材45aには、ネジ101で設備100aに固定するためのネジ穴45Bと、設備100aへの取付け面とが設けられている。
図4に示す構成では、設備100aに調整孔102を開口することで、設備100a側からナット43Bにアクセス可能であり、予圧調整等のメンテナンス作業が容易となる。また、モータ部2、回転検出器3、及びトルク検出器5が軸方向の設備100a側に寄せて配置されることで、ローラ1aの軸方向の重心位置が設備100a側に近い位置となり、設備100aとの接続部にかかる負荷を小さくすることができる。
なお、本実施形態では、上述したように、回転検出器3を第1の回転検出器とし、トルク検出器5として、例えば、1度以下の角度変位を検出可能な第2の回転検出器を用いて、モータ部2を駆動したときの貫通シャフト43に対するトーションバー42の開放端の角度変位(微小角度θ)を検出する構成である。すなわち、トルク検出器5(第2の回転検出器)としては、モータ部2の位置情報を検出する回転検出器3(第1の回転検出器)よりも高分解能な回転検出器を用いることが好ましく、より具体的には、モータ部2の最大トルク発生時におけるトーションバー42の捩れ量を1としたとき、1/100よりも小さい分解能を有しているのが望ましい。
また、本実施形態において、トルク検出器5は、例えばトーションバー42に設けた歪ゲージであっても良い。この場合、モータ部2を駆動したときの歪ゲージの抵抗値変動量を検出し、この歪ゲージの抵抗値変動量をトルクTに換算することで、(1)式に示す張力Fを求めることができ、上述したように、帯状搬送物200を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
以上説明したように、実施形態1に係るローラ1,1aは、ステータ21及び該ステータ21の径方向外側に対向配置されて相対回転するロータ22を含むモータ部2と、ロータ22と共に回転する円筒状のローラハウジング41と、ステータ21が固定される筒状のトーションバー42と、トーションバー42の内壁との間に間隙を介して貫通され、トーションバー42の軸方向の一方端を固定させる貫通シャフト43と、軸方向にモータ部を間に挟む位置に配置され、ローラハウジング41を回転自在に支持する第1軸受6及び第2軸受7と、第1軸受6及び第2軸受7の少なくとも一方に予圧を加える予圧機構と、を有している。予圧機構は、貫通シャフト43と、トーションバー42の貫通シャフト43との固定端に設けられ、外周に第1軸受6の内輪が固定された円盤部42Aと、貫通シャフト43の軸方向の他方端に設けられ、外周に第2軸受7の内輪が固定された円盤部材45と、円盤部材45に対し、貫通シャフト43の一方端に向かう軸方向に平行な方向に付勢力を与える弾性部材である皿ばね43Cと、を含んでいる。
この構成により、軸方向及び径方向のガタツキを抑制することができるので、軸受の長寿命化を実現すると共に、フィルム搬送装置における適正な張力制御が可能となる。
また、実施形態1に係るローラ1,1aは、ローラハウジング41の回転を検出する回転検出器3(第1の回転検出器)と、貫通シャフト43に対するトーションバー42の軸方向の他方端の相対的な回転を検出するトルク検出器5(第2の回転検出器)と、を有している。
この構成において、回転検出器3(第1の回転検出器)により検出されるモータ部2の位置情報と、トルク検出器5(第2の回転検出器)により検出されるトーションバー42の軸方向の他方端の角度変位(微小角度θ)とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部2を出力制御することで、帯状搬送物200を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
(実施形態2)
図5は、実施形態2に係るローラの一例を示す断面図である。なお、上述した実施形態1と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図5は、実施形態2に係るローラの一例を示す断面図である。なお、上述した実施形態1と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
本実施形態におけるローラ1bでは、実施形態1の構成とは異なり、弾性部材として圧縮コイルばね43Dを用いている。
実施形態1と同様に、第1軸受6は、外輪の角部がローラハウジング41の段差41Aに当接し、内輪の角部がトーションバー42の円盤部42Aの段差42Dに当接した状態で軸方向に挟持される。第2軸受7は、外輪の角部がローラハウジング41の段差41Bに当接し、内輪の角部が円盤部材45の段差45Cに当接した状態で軸方向に挟持される。この状態で、圧縮コイルばね43Dを介してナット43Bを締め込み、圧縮コイルばね43Dが自然長よりも短いL2に圧縮されることで、第1軸受6及び第2軸受7の双方に予圧を加えることができる。弾性部材として圧縮コイルばね43Dを用いることにより、弾性部材として皿ばねを用いた実施形態1に対し、高温環境下やローラ1bの内部温度と外部温度との差が大きい場合でも、定圧予圧状態を維持することが可能となる。
また、図5に示す例では、第2の回転検出器5によってトーションバー42の開放端に対するローラハウジング41の相対的な位置情報を検出する構成としている。
図5に示す例では、第2の回転検出器5がトーションバー42の開放端に設けられ、第1の回転検出器3は、第2の回転検出器5に対し、モータ部2を挟んでトーションバー42の固定端側に設けられている。より具体的には、第2の回転検出器5のレゾルバステータ51がトーションバー42の開放端に設けられ、第1の回転検出器3のレゾルバステータ31がモータ2よりもトーションバー42の固定端寄りに設けられている。第1の回転検出器3のレゾルバロータ32は、ロータ41の内周面において第1の回転検出器3のレゾルバステータ31に対向する位置に設けられ、第2の回転検出器5のレゾルバロータ52は、ロータ41の内周面において第2の回転検出器5のレゾルバステータ51に対向する位置に設けられている。
モータ部2を駆動したときにトーションバー42が受ける反力によって生じる貫通シャフト43に対するトーションバー42の回転方向の捩れ量は、トーションバー42の固定端では0となり、軸方向にトーションバー42の開放端に向かうに従い大きくなる。すなわち、第1の回転検出器3が配置されるトーションバー42の軸方向位置における回転方向の捩れ量は、第2の回転検出器5が配置されるトーションバー42の開放端における回転方向の捩れ量よりも小さい。換言すると、第1の回転検出器3により検出される位置情報は、第2の回転検出器5により検出される位置情報よりもトーションバー42の回転方向の捩れによる影響をより受け難い。
本実施形態では、第1の回転検出器3により検出される位置情報と、第2の回転検出器5により検出される位置情報との差分をとり、この差分をトーションバー42の回転方向の捩れによる角度変位としてトルクTに換算する。これにより、実施形態1の(1)式に示す張力Fを求めることができる。すなわち、第1の回転検出器3により検出される位置情報と、第1の回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報と第2の回転検出器5により検出されるモータ部2の位置情報との差分とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部2を出力制御することで、帯状搬送物200を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
なお、実施形態1において、モータ部2を駆動したときに回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報の変化範囲は、貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れに対して十分に大きく、第1の回転検出器3を設ける軸方向の位置によって第1の回転検出器3の検出精度に与える影響は小さいものとして説明したが、本実施形態では、上述したように、第1の回転検出器3により検出される位置情報と、第2の回転検出器5により検出される位置情報との差分をとり、この差分をトーションバー42の回転方向の捩れによる角度変位としてトルクTに換算することを意図した構成である。このため、実施形態2における第1の回転検出器3及び第2の回転検出器5としては、実施形態1におけるトルク検出器5(第2の回転検出器)と同等の高分解能な回転検出器を用いることが好ましく、より具体的には、モータ部2の最大トルク発生時におけるトーションバー42の捩れ量を1としたとき、1/100よりも小さい分解能を有しているのが望ましい。
また、実施形態1において説明したように、モータ部2を駆動したときに第1の回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報の変化範囲は、貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れに対して十分に大きい。従って、第1の回転検出器3のレゾルバステータ31を貫通シャフト43に配置した場合と等価と見做すことができる。すなわち、第1の回転検出器3は、貫通シャフト43に対するローラハウジング41の位置情報を検出しているものと見做すことができる。
一方、本実施形態では、第1の回転検出器3により検出される位置情報と第2の回転検出器5により検出される位置情報との差分が大きいほど、後段の制御精度を向上させることができる。このため、第1の回転検出器3を第2の回転検出器5よりも軸方向の他方端側に設けるのが好ましい。この場合、第1の回転検出器3のレゾルバステータ31は、トーションバー42よりも回転方向の剛性が大きい貫通シャフト43に設けられる。このため、モータ部2を駆動したときの第1の回転検出器3の検出精度が貫通シャフト43に対するトーションバー42の円筒部42Bの相対的な捩れによる影響を受けない。このため、第1の回転検出器3により検出される位置情報と第2の回転検出器5により検出される位置情報との差分を大きくすることができる。
(変形例)
図6は、実施形態2の変形例に係るローラの一例を示す断面図である。図6に示すローラ1cでは、設備100aに対してインロウによる位置決めを行うための嵌合部45Aが円盤部材45a側に設けられている。
図6は、実施形態2の変形例に係るローラの一例を示す断面図である。図6に示すローラ1cでは、設備100aに対してインロウによる位置決めを行うための嵌合部45Aが円盤部材45a側に設けられている。
円盤部材45aには、ネジ101で設備100aに固定するためのネジ穴45Bと、設備100aへの取付け面とが設けられている。
図6に示す構成では、設備100aに調整孔102を開口することで、設備100a側からナット43Bにアクセス可能であり、予圧調整等のメンテナンス作業が容易となる。また、モータ部2、回転検出器3、及びトルク検出器5が軸方向の設備100a側に寄せて配置されることで、ローラ1cの軸方向の重心位置が設備100a側に近い位置となり、設備100aとの接続部にかかる負荷を小さくすることができる。
以上説明したように、実施形態2に係るローラ1b,1cは、実施形態1における皿ばねに代えて、弾性部材として圧縮コイルばね43Dを用いている。これにより、弾性部材として皿ばねを用いた実施形態1に対し、高温環境下やローラ1bの内部温度と外部温度との差が大きい場合でも、定圧予圧状態を維持することが可能となる。
また、実施形態2に係るローラ1b,1cは、ローラハウジング41の回転を検出する第1の回転検出器3と、トーションバー42の軸方向の他方端に対するローラハウジング41の相対的な回転を検出する第2の回転検出器5と、を有している。
この構成において、第1の回転検出器3により検出される位置情報と、第1の回転検出器3により検出されるモータ部2の位置情報と第2の回転検出器5により検出されるモータ部2の位置情報との差分とを用いて、目標とする張力が得られるようなトルクとなるようにモータ部2を出力制御することで、帯状搬送物200を適正張力で搬送するための張力制御が可能となる。
(実施形態3)
図7は、実施形態3に係るローラの一例を示す断面図である。なお、上述した実施形態1,2と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図7は、実施形態3に係るローラの一例を示す断面図である。なお、上述した実施形態1,2と同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
本実施形態におけるローラ1dでは、実施形態1の構成とは異なり、弾性部材である皿ばね、あるいは圧縮コイルばねを有しておらず、第1軸受6Aとして背面組み合わせ軸受を用いている。本実施形態では、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aが予圧機構を構成している。
第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの外輪は、一方の角部がローラハウジング41の段差41Aに当接し、他方の角部が外輪押え部材41Cに当接することで、軸方向に挟持される。また、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの内輪は、一方の角部がトーションバー42の円盤部42Aの段差42Cに当接し、他方の角部が内輪押え部材42Eに当接することで、軸方向に挟持される。
ここで、背面組み合わせ軸受や正面組み合わせ軸受等の組み合わせ軸受は、2つの軸受が組み合わされた状態で予圧設定がされており、実施形態1,2において説明した弾性部材による予圧が不要である。また、このような組み合わせ軸受を用いることで、回転精度が高いローラ1dを得ることができる。
図8は、実施形態3における外輪押え部材の一例を示す図である。図8(a)は、外輪押え部材41Cを図7のA矢視方向に見た平面図である。図8(b)は、外輪押え部材41Cを図8(a)のB矢視方向に見た平面図である。なお、図8に示す例では、外輪押え部材41Cを治具(図示せず)で保持するための治具穴41Eを周方向に4等配した例を示しているが、治具穴41Eの位置や数は、これに限るものではない。
図8に示すように、外輪押え部材41Cは、外周面に外ネジが設けられ、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの外輪に当接する凸部41Dが設けられた円環状の部材であり、治具(図示せず)に設けられた突起を治具穴41Eに嵌め込み、外ネジをローラハウジング41に設けられた内ネジに回し込むことで、凸部41Dが第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの外輪に当接し、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの外輪が軸方向に挟持される。
図9は、実施形態3における内輪押え部材の一例を示す図である。図9(a)は、内輪押え部材42Eを図7のC矢視方向に見た平面図である。図9(b)は、内輪押え部材42Eを図9(a)のD矢視方向に見た平面図である。なお、図9に示す例では、内輪押え部材42Eをネジ42Fでトーションバー42の円盤部42Aに固定するためのネジ穴42Hを周方向に6等配した例を示しているが、ネジ穴42Hの位置や数は、これに限るものではない。
図9に示すように、内輪押え部材42Eは、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの内輪に当接する段差42G及びネジ穴42Hが設けられた円環状の部材であり、内輪押え部材42Eとトーションバー42とを複数本(ここでは、ネジ穴42Hの数:6本)のネジ42Fで固定することで、段差42Gが第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの内輪に当接し、第1軸受(背面組み合わせ軸受)6Aの内輪が軸方向に挟持される。
このように、第1軸受6Aとして、予圧設定された背面組み合わせ軸受等の組み合わせ軸受を用いることで、第2軸受7としては、例えば深溝玉軸受等のバックアップ用の軸受を用いればよい。
また、第1軸受6Aを背面組み合わせ軸受とすることで、軸方向及び径方向のガタツキが抑制されるので、第2軸受7の軸方向の位置に対する許容範囲は大きくなる。このため、必ずしもローラハウジング41の段差41Bと円盤部材45の段差45Cとで軸方向に挟持する必要はない。
なお、図7に示す例では、第1軸受を背面組み合わせ軸受とした例を示したが、第2軸受を背面組み合わせ軸受とした構成であっても良く、第1軸受及び第2軸受の双方を背面組み合わせ軸受とした構成であっても良いことは言うまでもない。また、予圧機構として用いる組み合わせ軸受としては、背面組み合わせ軸受に限るものではなく、例えば正面組み合わせ軸受であっても良い。背面組み合わせ軸受を用いた場合には、軸方向に働く曲げモーメントに対する剛性を高くすることが可能である。すなわち、ローラハウジングの軸方向中央部に対し回転軸AXに直交する方向に加わるモーメント荷重に対して高い剛性を得ることができる。一方、曲げモーメントが大きい(例えば、ローラが軸方向に長い)と、軸受にかかる負荷が大きくなるため、軸方向に働く曲げモーメントに対する剛性が高い背面組み合わせ軸受では、寿命が短くなる可能性がある。従って、想定されるモーメント荷重によっては、背面組み合わせ軸受よりも軸方向に働く曲げモーメントに対する剛性が低い正面組み合わせ軸受を用いた方が、長寿命化に対して有利となる場合がある。
以上説明したように、実施形態3に係るローラ1dは、予圧機構として、第1軸受及び第2軸受の少なくとも一方を構成する組み合わせ軸受を用いている。この構成により、実施形態1,2のような弾性部材を用いた予圧機構を設ける必要がなく、メンテナンス性に優れた構成とすることができる。また、組み合わせ軸受を用いることで、回転精度が高いローラ1dを得ることができる。
なお、上述した実施形態1乃至3では、回転検出器としてレゾルバを用いる例について説明した。レゾルバのような磁気式センサは、振動に強く、また、高温環境下での用途に適しているが、より高精度な制御を行う必要がある場合には、回転検出器として光学式のエンコーダを用いても良いことはいうまでもない。
また、上述した実施形態1乃至3では、モータ部に永久磁石を用いたPM(Permanent Magnet)型のモータを用いる例について説明したが、VR(Variable Reluctance)型モータを用いた構成であっても良い。PM型モータは、より滑らかな回転が可能であるが、高温環境下での用途としては、VR型モータが適しており、モータ部としてVR型のモータを用いても良いことはいうまでもない。
また、回転検出器としてレゾルバを用いる場合には、レゾルバの歯数をモータ部の歯数と合わせることで、起動時における磁極位置推定動作を省略することができる。
上述したように、本実施形態に係るローラ1,1a,1b,1c,1dは、軸方向及び径方向のガタツキの発生を抑制して軸受の長寿命化を実現すると共に、帯状搬送物200の適正な張力制御が可能となるので、この実施形態に係るローラ1,1a,1b,1c,1dは、例えば、フレキシブル基板や曲面ディスプレイに用いられる液晶フィルムあるいは有機ELフィルム等の高機能フィルムの製造に用いられるフィルム搬送装置に用いるのに適している。
1,1a,1b,1c,1d ローラ
2 モータ部
3 回転検出器(第1の回転検出器)
4 ハウジング
5 トルク検出器(第2の回転検出器)
6 第1軸受
6A 第1軸受(背面組み合わせ軸受)
7 第2軸受
8 遮蔽板
21 ステータ
21A ステータコア
21B コイル
22 ロータ
41 ローラハウジング
41A 段差
41B 段差
41C 外輪押え部材
41D 凸部
41E 治具穴
42 トーションバー
42A 円盤部
42B 円筒部
42C ネジ穴
42D 段差
42E 内輪押え部材
42F ネジ
42G 段差
42H ネジ穴
43 貫通シャフト
43A 嵌合部
43B ナット
43C 皿ばね(弾性部材)
43D 圧縮コイルばね(弾性部材)
44 支持部材
44A 円盤部
44B 円筒部
45,45a 円盤部材
45A 嵌合部
45B ネジ穴
45C 段差
100,100a 設備
101 ネジ
102 調整孔
200 帯状搬送物
AX 回転軸
g1,g2 間隙
2 モータ部
3 回転検出器(第1の回転検出器)
4 ハウジング
5 トルク検出器(第2の回転検出器)
6 第1軸受
6A 第1軸受(背面組み合わせ軸受)
7 第2軸受
8 遮蔽板
21 ステータ
21A ステータコア
21B コイル
22 ロータ
41 ローラハウジング
41A 段差
41B 段差
41C 外輪押え部材
41D 凸部
41E 治具穴
42 トーションバー
42A 円盤部
42B 円筒部
42C ネジ穴
42D 段差
42E 内輪押え部材
42F ネジ
42G 段差
42H ネジ穴
43 貫通シャフト
43A 嵌合部
43B ナット
43C 皿ばね(弾性部材)
43D 圧縮コイルばね(弾性部材)
44 支持部材
44A 円盤部
44B 円筒部
45,45a 円盤部材
45A 嵌合部
45B ネジ穴
45C 段差
100,100a 設備
101 ネジ
102 調整孔
200 帯状搬送物
AX 回転軸
g1,g2 間隙
Claims (8)
- ステータ及び該ステータの径方向外側に対向配置されて相対回転するロータを含むモータ部と、
前記ロータと共に回転する円筒状のローラハウジングと、
前記ステータが固定される筒状のトーションバーと、
前記トーションバーの内壁との間に間隙を介して貫通され、前記トーションバーの軸方向の一方端を固定させる貫通シャフトと、
軸方向に前記モータ部を間に挟む位置に配置され、前記ローラハウジングを回転自在に支持する第1軸受及び第2軸受と、
前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方に予圧を加える予圧機構と、
を有する、ローラ。 - 前記予圧機構は、
前記貫通シャフトと、
前記トーションバーの前記貫通シャフトとの固定端に設けられ、外周に前記第1軸受の内輪が固定された円盤部と、
前記貫通シャフトの軸方向の他方端に設けられ、外周に前記第2軸受の内輪が固定された円盤部材と、
前記円盤部材に対し、前記貫通シャフトの一方端に向かう軸方向に平行な方向に付勢力を与える弾性部材と、
を含む、請求項1に記載のローラ。 - 前記弾性部材は、前記貫通シャフトの他方端に設けられた調整部材と前記円盤部材との間に設けられた皿ばねである、請求項2に記載のローラ。
- 前記弾性部材は、前記貫通シャフトの他方端に設けられた調整部材と前記円盤部材との間に設けられた圧縮コイルばねである、請求項2に記載のローラ。
- 前記予圧機構は、前記第1軸受及び前記第2軸受の少なくとも一方を構成する組み合わせ軸受である、請求項1に記載のローラ。
- 前記ローラハウジングの回転を検出する第1の回転検出器と、
前記貫通シャフトに対する前記トーションバーの軸方向の他方端の相対的な回転を検出する第2の回転検出器と、
を有する、
請求項1乃至5の何れか一項に記載のローラ。 - 前記ローラハウジングの回転を検出する第1の回転検出器と、
前記トーションバーの軸方向の他方端に対する前記ローラハウジングの相対的な回転を検出する第2の回転検出器と、
を有する、
請求項1乃至5の何れか一項に記載のローラ。 - 前記第1の回転検出器及び前記第2の回転検出器の少なくとも一方はレゾルバである、請求項6または7に記載のローラ。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP2015186587A JP6507965B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | ローラ |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015186587A JP6507965B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | ローラ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017063523A JP2017063523A (ja) | 2017-03-30 |
JP6507965B2 true JP6507965B2 (ja) | 2019-05-08 |
Family
ID=58430291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015186587A Active JP6507965B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | ローラ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP6507965B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
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---|---|---|---|---|
JPS613255Y2 (ja) * | 1980-02-13 | 1986-02-01 |
-
2015
- 2015-09-24 JP JP2015186587A patent/JP6507965B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2017063523A (ja) | 2017-03-30 |
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