JP7086426B1

JP7086426B1 - ウエブ搬送装置

Info

Publication number: JP7086426B1
Application number: JP2021166058A
Authority: JP
Inventors: 康男清水; 宏晃清水; 賢二清水
Original assignee: 若水技研株式会社
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2022-06-20
Anticipated expiration: 2041-10-08
Also published as: JP2023056695A

Abstract

【課題】ウエブの品質を損なうことなく確実に高速搬送することができるウエブ搬送装置を提供する。【解決手段】帯状のウエブＷを搬送する搬送ロール１０を備えるウエブ搬送装置１であって、搬送ロール１０は、ウエブＷが巻き掛けられる外周面に微細な凹部または凸部が形成されており、ウエブＷに加圧気体を供給して搬送ロール１０の外周面に押圧する押圧装置２０を更に備え、押圧装置２０は、搬送ロール１０に巻き掛けられたウエブＷと対向するように配置される加圧室２３と、加圧室２３の周囲に加圧室２３よりも搬送ロール１０との隙間が狭くなるように形成された絞り部２２ａとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ウエブ搬送装置に関する。

帯状のウエブをロールトゥロール方式により連続搬送するウエブ搬送装置が従来から知られている。ウエブ搬送装置に対しては、ウエブの薄膜化や低ひずみ要求等に伴い、ウエブに作用する張力を低張力に維持しつつ高速搬送により生産性を維持することが求められているが、これによってロールとウエブとの間に空気の巻き込みが生じて摩擦力が低下し、スリップによりスクラッチや斜行皺などがウエブに発生するおそれがある。

このようなウエブのスクラッチや皺の発生を防止するため、特許文献１には、ウエブ搬送装置に用いられる搬送ローラにおいて、中央部を構成する縮径ローラ部の軸方向両側にテーパローラ部を介して拡径ローラ部を設け、縮径ローラ部の外周面に拡径ローラ部の外周面よりも摩擦係数が大きい摩擦面を形成することが記載されている。この搬送ローラは、一例として、極薄のウエブである膜電極接合体の製造装置に使用される。

図６に示すように、膜電極接合体製造装置１００は、巻出し部１０１、塗工部１０２、乾燥部１０３および巻取り部１０４を備えており、巻出し部１０１において巻き出されたウエブ１０５が、塗工部１０２に供給されてペーストが塗工された後、乾燥部１０３内を通過することによりペーストが乾燥されて、巻き取り部１０４においてロール状に巻き取られるように構成されている。ウエブ１０５の搬送は、駆動ローラ１０６および複数の従動ローラ１０７により行われる。

上記特許文献１の搬送ローラは、膜電極接合体製造装置１００に用いることで、各搬送ローラが、拡径ローラ部によりウエブに対して左右方向外側への張力を付与しつつ、摩擦面を有する縮径ローラ部によりスリップの発生を抑制できるとされている。

特開２００９－２９８４９６号公報

ところが、最近のウエブ搬送装置に対しては、品質要求の高まり等から、高速搬送を維持しつつ、より低張力で搬送することが求められているため、単にロールの形状を工夫するだけではロールに対するウエブの浮き上がりを抑制することが困難であった。

ウエブをロールに押圧する手段としては、ニップロールを使用することも行われているが、ニップロールを精度良く位置合わせすることが困難であるためにウエブの押圧が不均一になって搬送不能になるおそれがあるだけでなく、機械的な押圧によってウエブが損傷するおそれがあった。

そこで、本発明は、ウエブの品質を損なうことなく確実に高速搬送することができるウエブ搬送装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、帯状のウエブを搬送する搬送ロールを備えるウエブ搬送装置であって、前記搬送ロールは、ウエブが巻き掛けられる外周面に微細な凹部または凸部が形成されており、ウエブに加圧気体を供給して前記搬送ロールの外周面に押圧する押圧装置を更に備え、前記押圧装置は、前記搬送ロールに巻き掛けられたウエブと対向するように配置されて下面側に単一の開口を有する加圧室と、前記加圧室の周囲に前記加圧室よりも前記搬送ロールとの隙間が狭くなるように平面視で枠状に形成された絞り部とを備え、前記加圧室に供給された加圧気体が前記加圧室の開口の周囲全体から前記絞り部を通過して排出され、前記押圧装置は、前記絞り部を通過した気体が吸引される吸引室を更に備え、前記吸引室の開口は、前記絞り部の周囲に枠状に形成されており、前記絞り部の周囲全体から吸引することができるウエブ搬送装置により達成される。

このウエブ搬送装置において、前記加圧室は、加圧ポートを介して加圧流体源に接続され、前記吸引室は、前記加圧ポートを挟んで両側に設けられた２つの吸引ポートを介して吸気源に接続され、前記吸引ポートの個々の開口面積が、前記加圧ポートの開口面積よりも大きいことが好ましい。

前記加圧室の開口は、平面視矩形状に形成されることが好ましく、前記絞り部は、枠幅が前記隙間の１０～１００倍であることが好ましい。

ウエブの搬送中における前記加圧室の圧力は、１００Ｐａから０．３ＭＰａの範囲に維持されることが好ましい。

前記加圧室は、前記搬送ロールの軸方向に沿った開口長さが、前記搬送ロールの半径よりも長いことが好ましい。

前記搬送ロールの回転軸に装着されるメカロス抑制機構を更に備えることが好ましい。前記メカロス抑制機構は、前記回転軸に一体的に回転するように固定される回転体と、前記回転軸にベアリングを介して相対回転自在に支持されるリング体と、前記リング体を回転駆動する駆動手段とを備え、前記回転体およびリング体は、隙間をあけて互いに対向するように配置され、少なくとも一方に設けられた磁石により前記回転体と前記リング体との間に磁気吸引力が作用して、前記リング体の回転駆動により前記搬送ロールの回転が補われる構成にすることができる。

本発明によれば、ウエブの品質を損なうことなく確実に高速搬送することができるウエブ搬送装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るウエブ搬送装置の概略構成を示す断面図である。図１のＡ－Ａ断面図である。図１の要部を拡大した模式図である。図１の他の要部を示す平面図である。図１の更に他の要部の作動説明図である。従来のウエブ搬送装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るウエブ搬送装置の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１および図２に示すように、ウエブ搬送装置１は、ウエブＷが外周面に巻き掛けられる搬送ロール１０と、加圧気体の供給によりウエブＷを搬送ロール１０の外周面に押圧する押圧装置２０と、搬送ロール１０の回転軸１１に装着されるメカロス抑制機構３０とを備えている。ウエブＷは、合成樹脂、金属、紙等の種々の材料からなり、例えば、厚みが１００μｍ程度の樹脂フィルムである。

図１および図２においては、搬送ロール１０を１つだけ示しているが、ウエブ搬送装置１が備える搬送ロール１０は複数であってもよい。ウエブ搬送装置１が複数の搬送ロール１０を備える場合、押圧装置２０およびメカロス抑制機構３０は、全ての搬送ロール１０に対して設けてもよく、あるいは、一部の搬送ロール１０に対してのみ設けてもよい。

搬送ロール１０は、例えば金属ロールやゴムロールからなり、水平に配置された回転軸１１が、ベアリング１２，１３を介して回転自在に支持されている。搬送ロール１０の外周面には、ウエブＷが接触する部分に微細な凹部が形成されている。この凹部は、上記特許文献１に開示された搬送ローラの溝部と同様の形状や大きさにすることができ、例えば、溝幅が２００μｍ、溝深さが１５０μｍの三角溝をダブルヘリカル状に形成することができる。搬送ロール１０の外周面の表面形状は、ウエブＷとの間に巻き込まれた空気を逃がしてウエブＷの浮き上がりを低減する他の形状であってもよく、例えば、搬送ロール１０の外周面に、リブ状やドット状の微細な凸部を形成してもよい。あるいは、搬送ロール１０の外周面を梨地状に粗面化する等して、微細な凹凸を形成してもよい。搬送ロール１０の形状は、本実施形態においては軸方向に沿って一定の断面を有するストレートロールとしているが、特に限定されるものではなく、軸方向両端部に対して中央部が細い鼓型状（コンケーブ状）のコンケーブロールや、軸方向両端部に対して中央部が太い太鼓型状（クラウン状）のクラウンロールであってもよい。

押圧装置２０は、支持部材２１により搬送ロール１０の直上近傍に支持されたブロック状の本体２２を備えている。本体２２の下面は、搬送ロール１０に巻き掛けられたウエブＷとの間に微小隙間が生じるように、搬送ロール１０の外周面に沿って湾曲状に形成されている。また、本体２２の下部中央には、ウエブＷと対向するように配置されて下面側に開口２３ａを有する加圧室２３が形成されている。加圧室２３は、加圧ポート２４を介してターボブロワやコンプレッサ等の加圧流体源（図示せず）に接続される。

加圧室２３の周囲には、本体２２の下面によって、加圧室２３よりも搬送ロール１０との隙間が狭くなるように形成された絞り部２２ａが設けられている。押圧装置２０を支持する支持部材２１は、昇降装置（図示せず）により昇降自在に支持されており、絞り部２２ａにおける本体２２と搬送ロール１０との隙間ｓの大きさは、昇降装置の機械的な位置決めによって、再現性を持って一定に維持される。また、本体２２における絞り部２２ａの周囲には、ウエブＷと対向するように配置されて下面側に開口２５ａを有する吸引室２５が形成されている。吸引室２５は、加圧ポート２４を挟んで両側に設けられた吸引ポート２６，２７を介して、真空ポンプ等の吸気源（図示せず）に接続される。

メカロス抑制機構３０は、搬送ロール１０の回転軸１１を支持するベアリング１２，１３のメカロス（機械損失）を抑制するための機構であり、回転軸１１に一体的に回転するように固定される回転体３１と、回転軸１１にベアリング３２を介して相対回転自在に支持される円環状のリング体３３と、リング体３３を回転駆動する駆動装置３８と、回転体３１およびリング体３３間に磁気吸引力を作用させる磁石３６とを備えている。磁石３６は、例えばネオジウム磁石等の永久磁石である。

回転体３１は、中空円板状に形成されており、一方面の中央部から突出する円筒状の装着部３１ａを備えている。回転体３１および装着部３１ａの中央には、回転軸１１が挿通されて一体的に嵌合される。回転体３１および装着部３１ａは、互いに別体に形成して回転軸１１に固定することもできる。装着部３１ａの外周面には、軸方向に延びる係合凸部３１ｂが放射状に設けられている。

ベアリング３２は、円筒状の調整部材３４の外周面に固定されており、調整部材３４を介して装着部３１ａに取り付けられている。調整部材３４は、軸方向に延びる係合凹部３４ａが内周面に放射状に形成されている。係合凹部３４ａには、回転体３１の係合凸部３１ｂが軸方向に移動可能に係合することで、回転軸１１に対する調整部材３４の回転が阻止される。装着部３１に対する調整部材３４の軸方向の位置は、固定ネジ３５の締結により固定することができる。

リング体３３は、ベアリング３２に外嵌されており、調整部材３４と共に回転軸１１に沿って移動させることができる。リング体３３の外周面には、後述する伝動ベルト３７が係合する溝が形成されている。

駆動装置３８は、サーボモータ等からなり、駆動軸３８ａにプーリ３９が固定されている。リング体３３およびプーリ３９には無端状の伝動ベルト３７が掛け渡されており、駆動装置３８の駆動制御により、リング体３３を所望の回転速度で回転させることができる。駆動装置３８は、例えば図６に示す従来のウエブ搬送装置１００が備える駆動ローラ１０６の駆動源等を利用してもよく、所望のギヤ比を有する動力伝達機構を介してプーリ３９を回転させる構成にすることができる。また、伝動ベルト３７は、複数の搬送ロール１０に対応して設けられた複数のメカロス抑制機構３０のリング体３３に巻き掛けてもよく、これによって、１つの動力源によって複数のリング体３３を同じ速度で回転させることができる。

磁石３６は、リング体３３における回転体３１との対向面に周方向に沿って複数設けられており、回転体３１を鉄等の磁性体により形成する一方、リング体３３を合成樹脂やアルミニウム等の非磁性体により形成することで、回転体３１との間に磁気吸引力が作用する。この磁気吸引力の大きさは、調整部材３４と共にリング体３３を軸方向に移動させて、回転体３１とリング体３３との間隔を変化させることで、適宜調整することができる。

本実施形態においては、複数の磁石３６を、図１に矢印で示すように磁束がリング体３３の径方向に沿って生じる向きに配置しているが、例えば、Ｎ極およびＳ極がリング体３３の周方向に交互に並ぶように配置してもよい。また、磁石３６をリング体３３に設ける代わりに回転体３１に設けて、リング体３３を磁性体により形成してもよい。あるいは、回転体３１およびリング体３３の双方に磁石３６を設けることも可能である。

上記の構成を備えるウエブ搬送装置１において、搬送ロール１０に巻き掛けられたウエブＷには、搬送ロール１０の回転に伴う浮力が発生する。搬送ロール１０の外周面からのウエブＷの浮き上がり量は、｛（ウエブＷの搬送速度＋搬送ロール１０の表面速度）／ウエブＷの張力｝の２／３乗に比例するため、ウエブＷを低張力で高速搬送すると、ウエブＷの浮き上がり量が過大になって、搬送ロール１０とウエブＷとの間でスリップを生じるおそれが高まる。

本実施形態のウエブ搬送装置１は、このような場合に、押圧装置２０を作動させることにより、加圧ポート２４から加圧室２３に供給された加圧気体が、加圧室２３の周囲全体から絞り部２２ａを通過して排出される。絞り部２２ａによって気体の排出流量を抑制しつつ、加圧室２３に加圧気体を連続的に供給することにより、加圧室２３の内部には、図３に矢印で示すようにウエブＷに対する均一な押圧力が作用するため、ランド部１０ｂ（搬送ロール１０の外表面における凹部１０ａ以外の部分）からのウエブＷの浮き上がり高さｈの増大が抑制される。この高さｈをウエブＷに対して適度な摩擦力が作用する範囲に維持することで、ウエブＷを低張力で確実に搬送することができる。

ウエブＷの搬送中における加圧室２３の内部の圧力は、１００Ｐａ～０．３ＭＰａの範囲に維持されることが好ましい。絞り部２２ａの隙間ｓは、搬送するウエブＷの厚みに対して、上記の浮き上がり高さｈも考慮して若干大きく形成されており、例えば、ウエブＷの厚みよりも２０～５００μｍ程度大きくなるように設定される。隙間ｓを大きくする場合には、それに応じて加圧ポート２４からの加圧気体の供給圧力を高めることで、ウエブＷの過度の浮き上がりを防止することができる。

加圧室２３から絞り部２２ａを通過した気体は、吸引室２５において吸引することにより回収される。これにより、ウエブＷのバタツキを抑制できる等、加圧気体の供給に伴う周辺環境への悪影響を確実に防止することができる。吸引室２５による気体の回収を促すため、図２に示す吸引室２５の開口２５ａの高さＳＨは、絞り部２２ａの隙間ｓの１０～１００倍であることが好ましく、隙間ｓの３０～７０倍であることがより好ましい。

絞り部２２ａを通過した気体を吸引室２５に確実に回収するため、吸引ポート２６，２７の総開口面積は、加圧ポート２４の総開口面積の２倍以上であることが好ましい。本実施形態においては、１つの加圧ポート２４に対して吸引ポート２６，２７を２つ配置すると共に、吸引ポート２６，２７の個々の開口面積を、加圧ポート２４の開口面積よりも大きくしている。但し、絞り部２２ａを通過した気体の外部への排出が特に問題にならない場合には、吸引室２５を備えない構成であってもよい。

図４は、搬送ロール１０に巻き掛けられたウエブＷに対する、加圧室２３および吸引室２４，２５の開口２３ａ，２４ａ，２５ａの配置を示す平面図であり、搬送ロール１０の軸線ＡＬが上下に延びる向きで示している。図４に示すように、加圧室の開口２３ａは、平面視矩形状に形成されており、加圧室の開口２３ａの周囲に、絞り部２２ａが枠状に形成されている。吸引室の開口２５ａは、絞り部２２ａの周囲に枠状に形成されており、絞り部２２ａの周囲全体から吸引することができる。但し、吸引室の開口２５ａは、絞り部２２ａの幅方向両側等、絞り部２２ａの周囲の一部から吸引する構成であってもよい。

加圧室の開口２３ａの大きさは必ずしも限定されないが、軸方向の長さＰＬが、搬送ロール１０の半径Ｒ以上であることが好ましく、搬送ロール１０の軸方向長さＲＬよりも短いことが好ましい。上記の長さＰＬは、ウエブＷの幅より短くてもよく、ウエブＷを加圧気体により部分的に押圧することで、ウエブＷを低張力で確実に搬送することができる。開口２３ａの幅ＰＷは、図２に示す絞り部２２ａの隙間ｓの１００～５００倍であることが好ましく、１００～３００倍であることがより好ましい。開口２３ａの幅ＰＷは、図２に示すウエブＷの押圧抱き角θ（ウエブＷが加圧室２３に対向する部分に相当する搬送ロール１０の角度範囲）により設定してもよく、具体的には、押圧抱き角θを５～１８０度に設定することが好ましく、２０～４０度に設定することがより好ましい。

絞り部２２ａの枠幅ＬＬ，ＬＷは、加圧室の開口２３ａ全体からウエブＷに対して均一な押圧力が作用するように、図２に示す絞り部２２ａの隙間ｓの１０～１００倍であることが好ましく、隙間ｓの３０～７０倍であることがより好ましい。絞り部２２ａの枠幅ＬＬ，ＬＷが小さすぎると、絞り部２２ａを通過した気体の乱流が生じ易くなってウエブＷに悪影響を与えるおそれがある一方、絞り部２２ａの枠幅ＬＬ，ＬＷが大きすぎると、通気抵抗や装置構成が大きくなり過ぎるおそれがある。

ウエブＷを低張力で搬送する場合、ベアリング１２，１３の回転抵抗が相対的に大きくなって、搬送が困難になるおそれがある。本実施形態のウエブ搬送装置１は、このような場合に、メカロス抑制機構３０を作動させて、リング体３３の回転速度を搬送ロール１０の回転速度に合わせて回転駆動させることができる。リング体３３と回転体３１との間には磁石３６による磁気吸引力が作用するため、リング体３３の回転駆動により搬送ロール１０の回転を補うことができる。このような回転力の補助は非接触で行われるため、機械的な接触の場合とは異なり微調整が容易であり、リング体３３と回転体３１との間で滑りが生じ得る範囲で適切に行うことができる。この結果、ベアリング１２，１３の回転抵抗を、メカロス抑制機構３０により的確にキャンセルすることができるので、ウエブＷの低張力搬送をより確実に行うことができる。リング体３３の回転速度は、搬送ロール１０の回転速度に一致させることが好ましいが、搬送ロール１０の回転速度との間に若干のずれが生じてもよい。

図５に示すように、メカロス抑制機構３０は、搬送ロールの回転軸１１に対して回転体３１および装着部３１ａを固定した後、装着部３１ａに沿って調整部材３４を矢示方向に摺動させることにより、既存の搬送ロールに対して容易に後付けすることができる。

ウエブ搬送装置１は、例えば、図６に示す従来のウエブ搬送装置１００が備える複数の従動ロール１０７を、図１および図２に示す搬送ロール１０として、それぞれに対して押圧装置２０およびメカロス抑制機構３０を設けて構成することができる。押圧装置２０およびメカロス抑制機構３０は、ウエブＷの低張力搬送を確実に行うことが可能であれば、複数の搬送ロール１０の一部に対してのみ設けてもよい。また、押圧装置２０は、図６に示す駆動ロール１０６に設けてもよい。押圧装置２０を設ける搬送ロールが駆動ロールである場合など、搬送ロールの回転抵抗が問題にならない場合には、メカロス抑制機構３０を備えない構成であってもよい。

１ウエブ搬送装置
１０搬送ロール
１１回転軸
２０押圧装置
２２ａ絞り部
２３加圧室
２４，２５吸引室
３０メカロス抑制機構
３１回転体
３２ベアリング
３３リング体
３４調整部材
３６磁石
３８駆動装置
Ｗウエブ

Claims

帯状のウエブを搬送する搬送ロールを備えるウエブ搬送装置であって、
前記搬送ロールは、ウエブが巻き掛けられる外周面に微細な凹部または凸部が形成されており、
ウエブに加圧気体を供給して前記搬送ロールの外周面に押圧する押圧装置を更に備え、
前記押圧装置は、前記搬送ロールに巻き掛けられたウエブと対向するように配置されて下面側に単一の開口を有する加圧室と、前記加圧室の周囲に前記加圧室よりも前記搬送ロールとの隙間が狭くなるように平面視で枠状に形成された絞り部とを備え、前記加圧室に供給された加圧気体が前記加圧室の開口の周囲全体から前記絞り部を通過して排出され、
前記押圧装置は、前記絞り部を通過した気体が吸引される吸引室を更に備え、
前記吸引室の開口は、前記絞り部の周囲に枠状に形成されており、前記絞り部の周囲全体から吸引することができるウエブ搬送装置。
前記加圧室は、加圧ポートを介して加圧流体源に接続され、
前記吸引室は、前記加圧ポートを挟んで両側に設けられた２つの吸引ポートを介して吸気源に接続され、
前記吸引ポートの個々の開口面積が、前記加圧ポートの開口面積よりも大きい請求項１に記載のウエブ搬送装置。
前記加圧室の開口は、平面視矩形状に形成されており、
前記絞り部は、枠幅が前記隙間の１０～１００倍である請求項１または２に記載のウエブ搬送装置。
ウエブの搬送中における前記加圧室の圧力が、１００Ｐａから０．３ＭＰａの範囲に維持される請求項１から３のいずれかに記載のウエブ搬送装置。
前記加圧室は、前記搬送ロールの軸方向に沿った開口長さが、前記搬送ロールの半径よりも長い請求項１から４のいずれかに記載のウエブ搬送装置。
前記搬送ロールの回転軸に装着されるメカロス抑制機構を更に備え、
前記メカロス抑制機構は、
前記回転軸に一体的に回転するように固定される回転体と、
前記回転軸にベアリングを介して相対回転自在に支持されるリング体と、
前記リング体を回転駆動する駆動手段とを備え、
前記回転体およびリング体は、隙間をあけて互いに対向するように配置され、少なくとも一方に設けられた磁石により前記回転体と前記リング体との間に磁気吸引力が作用して、前記リング体の回転駆動により前記搬送ロールの回転が補われる請求項１から５のいずれかに記載のウエブ搬送装置。