JP6597413B2 - 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。また、上記のような高機能フィルムは、一般に熱に弱いため、モータ部の発熱によりフィルムの品質低下を招く可能性がある。上記特許文献2には、ローラの内部にモータ軸と共に回転する冷却ファンを設けた構成が記載されているが、外気の流入経路の有無については明確な記載がなく、十分な冷却効率を得られない可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ部の発熱による温度上昇を抑制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第1間隙を介し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第2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軸受と、を有し、前記トーションバーと前記ローラハウジングとの間の空気を前記モータ部の軸方向の一方端側の空間から他方端側の空間に通流させ、前記モータ部で発生した熱を吸熱する吸熱経路が設けられ、前記吸熱経路に、前記トーションバーよりも外径が大きい円盤部が設けられ、前記円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に所定の間隙が設けられている。
上記構成により、モータ部を駆動した際にモータ部で発生した熱を、周方向の全周に亘り均一化して吸熱することができ、モータ部の発熱による温度上昇を抑制することができる。これにより、フィルム搬送装置におけるフィルムの品質低下が抑制されると共に、適正な張力制御が可能となる。
また、望ましい態様として、前記円盤部は、前記トーションバーと前記貫通シャフトとの固定端側に設けられているのが好ましい。
上記構成により、吸熱経路内のモータ部に対し、周方向に均一に空気を供給することができ、モータ部の発熱による温度上昇を抑制することができる。
また、望ましい態様として、前記円盤部は、前記トーションバーと前記貫通シャフトとの固定端側に設けられた第1円盤部と、前記トーションバーの開放端側に設けられた第2円盤部と、を含み、前記第1円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に第3間隙が設けられ、前記第2円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に第4間隙が設けられているのがより好ましい。
上記構成により、第1円盤部と第2円盤部との間の空間に設けられたモータ部で発生した熱を、周方向の全周に亘り均一に吸排熱することができ、より効率的にモータ部を駆動した際のモータ部の発熱による温度上昇を抑制することができる。
また、前記吸熱経路は、前記トーションバーに設けられた吸気路を含んでいても良い。
また、望ましい態様として、前記吸気路は、周方向に複数個均等配置されて設けられているのが好ましい。
上記構成により、ローラハウジング内部の空気の圧力の偏りを抑制することができる。
また、前記貫通シャフトは、前記吸気路に連通する吸気口が設けられていても良い。
また、前記吸熱経路において前記モータ部で発生した熱を吸熱した空気を排熱する排熱経路が設けられていても良い。
また、前記排熱経路は、前記貫通シャフトに設けられた排気路を含んでいても良い。
また、前記貫通シャフトは、前記排気路に連通する排気口が設けられていても良い。
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、モータ部の発熱による温度上昇を抑制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(図示せず)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で円盤部材45に固定されている。
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、設備(図示せず)への取付け面が設けられている。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と貫通シャフト43との固定端」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、軸方向の他方端が軸受7を介して円盤部材45の外周部で支持されている。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。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。
本実施形態に係るローラ1は、トーションバー42とローラハウジング41との間の空気をモータ部2の軸方向の一方端側の空間から他方端側の空間に通流させ、モータ部2で発生した熱を吸熱する吸熱経路と、吸熱経路においてモータ部2で発生した熱を吸熱した空気を排熱する排熱経路とが設けられている。また、本実施形態に係るローラ1は、吸熱経路に第1円盤部(円盤部)42Iが設けられている。
第1円盤部42Iは、トーションバー42の固定端側に設けられている。第1円盤部42Iの外径r2は、トーションバー42の円筒部42Bの外径r1よりも大きい(r1<r2)。また、第1円盤部42Iの外周面とローラハウジング41の内周面との間に、第3間隙g3が設けられている。
本実施形態に係るローラ1において、モータ部2は、第1円盤部42Iと、トーションバー42の開放端側に設けられた通流口42Hとの間に設けられている。
なお、第1円盤部42Iは、トーションバー42と一体成型されていても良いし、トーションバー42とは別の部材であっても良い。
図2は、実施形態1に係るローラにおける貫通シャフトを図1に示すA矢視方向に見た平面図である。図2に示すように、貫通シャフト43の端部には、複数の吸気口43D、及び排気口43Eが設けられている。図2に示す例では、回転軸AXを中心として排気口43Eを設け、その排気口43Eの周囲に吸気口43Dを6等配した例を示している。本実施形態では、吸引ポンプ(図示せず)を排気口43Eに接続し、吸引ポンプを作動させることによって内部の空気を排気する。なお、吸気口43D及び排気口43Eの位置や数は、これに限るものではない。また、吸引ポンプと排気口43Eとの接続手法としては、例えば、排気口43Eの内周に設けられた内ネジに吸引ポンプの吸引管をねじ込んで接続するようにすれば良い。吸引ポンプと排気口43Eとの接続手法により、本発明が限定されるものではない。
図3は、実施形態1に係るローラにおけるトーションバーを図1に示すA矢視方向に見た平面図である。図3に示すように、トーションバー42には、貫通シャフト43が挿通される貫通穴42Kが設けられている。また、トーションバー42の円盤部42Aには、貫通シャフト43の端部に設けられた吸気口43Dの軸方向位置に対応して、後述する吸気路42Cが設けられている。なお、図2及び図3に示す例では、吸気路42C及び吸気口43Dが周方向に6個均等配置された構成を示したが、吸気路42C及び吸気口43Dの数はこれに限るものではなく、4個の吸気路42C及び吸気口43Dが均等配置された構成であっても良いし、2個、3個、5個あるいはそれ以上の吸気路42C及び吸気口43Dが均等配置された構成であっても良い。
本実施形態において、排気路43Cは、トーションバー42と貫通シャフト43との固定端から開放端に向けて軸方向に延びて設けられている。すなわち、排熱経路を構成する排気路43Cは、トーションバー42の円筒部42Bにモータ部2のステータ21が設けられている軸方向の位置を含み、軸方向に延びている。
排気路43Cは、トーションバー42と貫通シャフト43との固定端側で貫通シャフト43の端部に設けられた排気口43Eに連通している。
トーションバー42の円盤部42Aには、吸気路42Cが設けられている。この吸気路42Cと、貫通シャフト43の端部に設けられた吸気口43Dとが連通している。
図4は、実施形態1に係るローラの図1に示すB−B矢示断面図である。上述したように、第1円盤部42Iの外周面とローラハウジング41の内周面との間には、第3間隙g3が設けられている。
図5は、実施形態1に係るローラの図1に示すC−C矢示断面図である。図1及び図5に示すように、トーションバー42は、トーションバー42の開放端側に、貫通シャフト43に設けられた排気路43Cに連通する複数個の通流口42Hが設けられている。なお、図5に示す例では、通流口42Hが周方向に6個均等配置された構成を示したが、通流口42Hの数はこれに限るものではなく、4個の通流口42Hが均等配置された構成であっても良いし、2個、3個、5個あるいはそれ以上の通流口42Hが均等配置された構成であっても良い。
実施形態1に係るローラ1の構成において、吸熱経路は、吸気口43D、吸気路42C、第3間隙g3を含み構成される。また、排熱経路は、通流口42H、排気路43C、排気口43Eを含み構成される。
上述した実施形態1に係るローラ1の構成において、排気口43Eに接続された吸引ポンプ(図示せず)を作動させると、吸気口43Dから流入した空気は、吸気路42C及び第3間隙g3を介して、モータ部2に供給される。すなわち、本実施形態では、ローラハウジング41の内周面と第1円盤部42Iとの間に設けられた第3間隙g3から、周方向の全周に亘り均一に空気がモータ部2に供給される。
また、モータ部2に供給された空気は、トーションバー42に設けられた通流口42H及び貫通シャフト43に設けられた排気路43Cを介して、排気口43Eから吸引排気される。本実施形態では、複数個の通流口42Hを周方向に均等配置することで、ローラハウジング41内部の空気の圧力の偏りを抑制することができる。
これにより、モータ部2を駆動した際にモータ部2で発生した熱を、周方向の全周に亘り均一化して吸熱することができ、モータ部2の発熱によるローラ1の温度上昇を抑制することができる。
次に、図1、図6、及び図7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6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7は、実施形態1に係るローラの動作例を示す図である。
図6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7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、第2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との間に第2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との間に介在する第1間隙g1の誤差範囲が大きくなる。ここで、第1間隙g1と第2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、第1間隙g1と第2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と貫通シャフト43と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。
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。
(変形例)
図8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。なお、上述した図1の構成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8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。なお、上述した図1の構成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。
実施形態1の変形例におけるローラ1aにおいて、吸熱経路及び排熱経路の構成については、図1に示す例と同様である。
図8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8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。
実施形態1の変形例では、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、図8に示す変形例では、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、上述したように、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、図8に示す変形例では、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ることがない。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。
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の径方向外側に第1間隙g1を介し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の内壁との間に第2間隙g2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2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軸受6,7と、を有している。また、トーションバー42とローラハウジング41との間の空気をモータ部2の軸方向の一方端側の空間から他方端側の空間に通流させ、モータ部2で発生した熱を吸熱する吸熱経路が設けられ、吸熱経路に、トーションバー42よりも外径が大きい第1円盤部42Iが設けられ、第1円盤部42Iの外周面とローラハウジング41の内周面との間に第3間隙g3が設けられている。
上記構成により、モータ部2を駆動した際にモータ部2で発生した熱を、吸熱経路内において周方向の全周に亘り均一化して吸熱することができ、モータ部2の発熱による温度上昇を抑制することができる。これにより、フィルム搬送装置におけるフィルムの品質低下が抑制されると共に、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において、第1円盤部42Iは、トーションバー42と貫通シャフト43との固定端側に設けられている。これにより、吸熱経路内のモータ部2に対し、周方向に均一に空気を供給することができ、モータ部2の発熱による温度上昇を抑制することができる。
また、実施形態1に係るローラ1,1aにおいて、吸熱経路は、トーションバー42に設けられた吸気路42Cを含んでいる。吸気路42Cは、周方向に複数個均等配置されて設けられている。貫通シャフト43は、吸気路42Cに連通する吸気口43Dが設けられている。
上記構成により、ローラハウジング41内部の空気の圧力の偏りを抑制することができる。
また、実施形態1に係るローラ1,1aは、吸熱経路においてモータ部2で発生した熱を吸熱した空気を排熱する排熱経路が設けられている。排熱経路は、貫通シャフト43に設けられた排気路43Cを含んでいる。貫通シャフト43は、排気路43Cに連通する排気口43Eが設けられている。
この構成において、排気口43Eに吸引ポンプ(図示せず)を接続し、吸引ポンプ(図示せず)を作動させると、吸気路42Cから流入した空気は、第3間隙g3を介して、ローラハウジング41内部における第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間の空間に空気が流入する。すなわち、本実施形態では、ローラハウジング41の内周面と第1円盤部42Iとの間に周方向の全周に亘り均一に設けられた第3間隙g3から、周方向の全周に亘り均一に空気が流入し、貫通シャフト43に設けられた排気路43Cから吸引排気される。
これにより、モータ部2を駆動した際にモータ部2で発生した熱を、ローラハウジング41の周方向の全周に亘り均一に排熱することができ、モータ部2を駆動した際のモータ部2の発熱による温度上昇を抑制することができるので、帯状搬送物200(フィルム搬送装置におけるフィルム)の品質低下が抑制されると共に、適正な張力制御が可能となる。
また、複数個の通流口42Hを周方向に均等配置することで、ローラハウジング41内部の空気の圧力の偏りを抑制することができる。
また、実施形態1に係るローラ1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。
また、実施形態1の変形例に係るローラ1a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2)
図9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9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。
本実施形態に係るローラ1bは、第1円盤部(円盤部)42Iに加え、吸熱経路に第2円盤部(円盤部)42Jが設けられている。
第2円盤部42Jは、トーションバー42の開放端側に設けられている。第2円盤部42Jの外径r2’は、トーションバー42の円筒部42Bの外径r1よりも大きく(r1<r2’)、第2円盤部42Jの外周面とローラハウジング41の内周面との間に第4間隙g4が設けられている。なお、第4間隙g4の径方向の大きさΔr’は、第1円盤部(円盤部)42Iの外周面とローラハウジング41の内周面との間に設けられる第3間隙g3の径方向の大きさΔrと同一であっても良いし(Δr=Δr’)、異なる大きさであっても良い(Δr≠Δr’)。
本実施形態に係るローラ1bにおいて、モータ部2は、第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間に設けられている。
なお、第2円盤部42Jは、第1円盤部42Iと同様に、トーションバー42と一体成型されていても良いし、トーションバー42とは別の部材であっても良い。
本実施形態に係るローラ1bにおいて、モータ部2は、トーションバー42の固定端側に設けられた第1円盤部42Iと、トーションバー42の開放端側に設けられた第2円盤部42Jとの間の空間に設けられている。
図10は、実施形態2に係るローラの図1に示すC’−C’矢示断面図である。上述したように、第2円盤部42Jの外周面とローラハウジング41の内周面との間には、第4間隙g4が設けられている。
実施形態2に係るローラ1bの構成において、吸熱経路は、吸気口43D、吸気路42C、第3間隙g3、第4間隙g4を含み構成される。また、排熱経路は、通流口42H、排気路43C、排気口43Eを含み構成される。
上述した実施形態2に係るローラ1bの構成において、排気口43Eに接続された吸引ポンプ(図示せず)を作動させると、吸気口43Dから流入した空気は、吸気路42C及び第3間隙g3を介して、モータ部2が設けられた第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間の空間に空気が流入する。
また、第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間の空間の空気は、第4間隙4、トーションバー42に設けられた通流口42H、及び貫通シャフト43に設けられた排気路43Cを介して、排気口43Eから吸引排気される。すなわち、本実施形態では、ローラハウジング41の内周面と第2円盤部42Jとの間に周方向の全周に亘り均一に設けられた第4間隙g4から、周方向の全周に亘り均一に空気が吸引排気される。
これにより、第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間の空間に設けられたモータ部2で発生した熱を、周方向の全周に亘り均一に吸排熱することができ、より効率的にモータ部2を駆動した際のモータ部2の発熱によるローラ1bの温度上昇を抑制することができる。
以上説明したように、実施形態2に係るローラ1bは、第1円盤部(円盤部)42Iに加え、トーションバー42の開放端側に、トーションバー42よりも外径が大きい第2円盤部42Jが設けられ、第1円盤部42Iの外周面とローラハウジング41の内周面との間に第4間隙g4が設けられている。
これにより、第1円盤部42Iと第2円盤部42Jとの間の空間に設けられたモータ部2で発生した熱を、周方向の全周に亘り均一に吸排熱することができ、実施形態1よりも効率的にモータ部2を駆動した際のモータ部2の発熱によるローラ1bの温度上昇を抑制することができるので、帯状搬送物200(フィルム搬送装置におけるフィルム)の品質低下がより抑制されると共に、より適正な張力制御が可能となる。
なお、上述した実施形態1,2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し、例えばホールIC等の一般的なセンサでも良いことはいうまでもない。
また、上述した実施形態1,2では、モータ部2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、実施形態1に係るローラ1,1a、及び実施形態2に係るローラ1bは、モータ部2の発熱による温度上昇を抑制することができ、帯状搬送物200の品質低下を抑制すると共に、適正な張力制御が可能となるので、この実施形態1に係るローラ1,1a、及び実施形態2に係るローラ1b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 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 軸受
7 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
42 トーションバー
42A 円盤部
42B 円筒部
42C 吸気路
42H 通流口
42I 第1円盤部(円盤部)
42J 第2円盤部
42K 貫通穴
43 貫通シャフト
43A 嵌合部
43B ナット
43C 排気路
43D 吸気口
43E 排気口
44 支持部材
44A 円盤部
44B 円筒部
45 円盤部材
200 帯状搬送物
AX 回転軸
g1 第1間隙
g2 第2間隙
g3 第3間隙
g4 第4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 軸受
7 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
42 トーションバー
42A 円盤部
42B 円筒部
42C 吸気路
42H 通流口
42I 第1円盤部(円盤部)
42J 第2円盤部
42K 貫通穴
43 貫通シャフト
43A 嵌合部
43B ナット
43C 排気路
43D 吸気口
43E 排気口
44 支持部材
44A 円盤部
44B 円筒部
45 円盤部材
200 帯状搬送物
AX 回転軸
g1 第1間隙
g2 第2間隙
g3 第3間隙
g4 第4間隙
Claims (12)
- ステータ及び該ステータの径方向外側に第1間隙を介し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第2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軸受と、
を有し、
前記トーションバーと前記ローラハウジングとの間の空気を前記モータ部の軸方向の一方端側の空間から他方端側の空間に通流させ、前記モータ部で発生した熱を吸熱する吸熱経路が設けられ、
前記吸熱経路に、前記トーションバーよりも外径が大きい円盤部が設けられ、
前記円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に所定の間隙が設けられている、
ローラ。 - 前記円盤部は、前記トーションバーと前記貫通シャフトとの固定端側に設けられている、
請求項1に記載のローラ。 - 前記円盤部は、
前記トーションバーと前記貫通シャフトとの固定端側に設けられた第1円盤部と、
前記トーションバーの開放端側に設けられた第2円盤部と、
を含み、
前記第1円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に第3間隙が設けられ、
前記第2円盤部の外周面と前記ローラハウジングの内周面との間に第4間隙が設けられている、
請求項1に記載のローラ。 - 前記吸熱経路は、前記トーションバーに設けられた吸気路を含む、
請求項1乃至請求項3に記載のローラ。 - 前記吸気路は、周方向に複数個均等配置されて設けられている、
請求項4に記載のローラ。 - 前記貫通シャフトは、前記吸気路に連通する吸気口が設けられている、
請求項4又は請求項5に記載のローラ。 - 前記吸熱経路において前記モータ部で発生した熱を吸熱した空気を排熱する排熱経路が設けられている、
請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載のローラ。 - 前記排熱経路は、前記貫通シャフトに設けられた排気路を含む、
請求項7に記載のローラ。 - 前記貫通シャフトは、前記排気路に連通する排気口が設けられている、
請求項8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乃至請求項9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乃至請求項9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10又は請求項11に記載のローラ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016042711A JP6597413B2 (ja) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | ローラ |
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