(57)【要約】      （修正有）【課題】安価かつ簡単に製造でき、しかも、長さ変更が容易であるロールを提供する。【解決手段】中空な円筒状のロールであって、ロールの素材が、炭素繊維を含有する樹脂を溶融後成形して形成されたものである。ロールが軽量かつ導電性を有しており、しかも、射出成形によって形成されているので、安価に製造することができる。そして、ウェブＷ搬送用のフリーロールＦＲとして使用すれば、原反ロールＲの交換の際にウェブＷへの追従性を高くでき、しかも、静電気に起因するウェブＷの巻きつきなどの問題が生じないので、設備の稼働効率を向上させることができる。【選択図】図３
2014163446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空な円筒状のロールであって、
該ロールの素材が、炭素繊維を含有する樹脂を溶融後成形して形成されたものである
ことを特徴とするロール。
【請求項２】
前記ロールは、
中空な円筒状に形成された本体部を複数本つないで形成されたものであり、
該本体部の一端部に、該本体部の軸方向における中央部より外径が小さく他のロールの他端から挿入し得る形状に形成された円筒状の連結端部が形成されており、
該連結端部は、
一のロールの該連結端部を他のロールの他端に挿入すると、一のロールと他のロールが同軸となるように形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のロール。
【請求項３】
ウェブ搬送用のロールである
ことを特徴とする請求項１または２記載のロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロールに関する。さらに詳しくは、フィルム、布、不織布などのウェブを搬送する設備において、ウェブを支えるために使用されるロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷機や紙おむつ、フィルム、布、不織布などの製造ライン等（以下、製造ライン等という）では、原反ロールから巻き出された帯状のシート（ウェブ）を連続して流しながら加工や印刷が行われる。
図３に示すように、かかる製造ライン等では、ウェブＷの搬送方向を転換したり、ウェブＷを支えたりするために、多数のフリーロールＦＲが使用される。かかるフリーロールＦＲは、軸等に回転自在に支持されたロールであり、ウェブＷの移動に伴ってウェブＷとの間の摩擦によって回転するものである。つまり、フリーロールＦＲは、その周速度ＶＲがウェブＷの移動速度ＶＷとほぼ同じ速度で回転する。
【０００３】
ところで、製造ラインを流れるウェブＷは、平均速度が毎分数百メートルという高速で移動するが、常に一定の速度で移動するのではなく、加速や減速が繰り返される。ウェブＷが急な加速や減速を行った場合、回転しているフリーロールＦＲは慣性力のため、ウェブＷの急な速度変化に追従できない。このため、ウェブＷの移動速度ＶＷに変化が生じた瞬間には、ウェブＷの移動速度ＶＷとフリーロールＦＲの周速度ＶＲに差が生じる。すると、ウェブＷとフリーロールＦＲとの接触点では、この速度差に起因して摩擦が発生し、この摩擦に起因して、ウェブＷが引き伸ばされたり傷ついたりする可能性がある。とくに、速度差が大きくなればなるほど、摩擦が大きくなり、ウェブＷを引き伸ばされたり傷ついたりする可能性は大きくなる。
【０００４】
かかるウェブＷとフリーロールＦＲの表面との間に生じる速度差やこの速度差に起因する摩擦を小さくする方法として、フリーロールＦＲの重量を小さくして、フリーロールＦＲの回転慣性力を小さくする方法がある。
【０００５】
従来、手軽に入手できかつ可能な限り軽量な素材として、アルミがフリーロールＦＲの素材として使用されていた。アルミが金属であり帯電防止能力（導電性）を有する点も、アルミを採用する理由である。
単にフリーロールＦＲを軽量化するだけであれば、アルミよりも軽量の素材は多数ある。しかし、上述したように、ウェブＷとフリーロールＦＲとの間には、必ず摩擦が発生する。摩擦が発生すると、摩擦に起因して静電気が発生するので、帯電防止能力を有しない素材でフリーロールＦＲを形成した場合、ウェブＷもフリーロールＦＲも帯電した状態となってしまう。すると、この静電気によってウェブＷがフリーロールＦＲに巻き付く等のトラブルが発生して、製造ライン等が停止してしまうという問題が生じる。
したがって、ウェブＷやフリーロールＦＲに静電気が帯電することを防ぎつつフリーロールＦＲを軽量化するために、電気伝導性を有しかつ軽量なアルミを素材とするフリーロールＦＲが一般的に使用されている。
【０００６】
近年、電気伝導性を有しかつ軽量化な素材としてカーボン繊維素材が開発されている。このカーボン繊維素材は、比重がアルミよりも小さく、強度が鉄よりも強く、導電性があることが知られている。そして、カーボン繊維素材を用いたロールも開発されており（特許文献１、２参照）、上述したようなフリーロールＦＲとして、カーボン繊維ロールが使用されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２５４４１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
カーボン繊維ロールの製造には、現在のところ、シートワインディング法を採用しなければならない。シートワインディング法では、カーボン繊維からなるシートに樹脂を含浸させて半硬化状態のシート（プリプレグ）とし、半硬化状態となったシートを芯材となる金型（芯金）に巻きつけて硬化させる。その後、芯金を取り外せば、パイプ状となったカーボン繊維、つまり、カーボン繊維ロールが形成されるのである。このシートワインディング法で製作されたカーボン繊維ロールは、比重がアルミの２／３であり、高い電気伝導性がある上、強度はアルミの５０倍あるという高性能なものである。そして、軽量かつ電気伝導性を有しているので、品質はフリーロールとして適しており、アルミ製のフリーロールよりも優れている。
【０００９】
しかるに、シートワインディング法によるカーボン繊維ロールの製造には、以下に示すような種々の問題がある。
【００１０】
（１）まず、プリプレグを芯金に巻き付けてからカーボン繊維ロールが形成されるまでの時間は約８時間と非常に長時間を要する。このため、生産性を上げるために、一度に数十本が同時に作成されている。しかし、数十本のカーボン繊維ロールを同時に製造するためには、多くの芯金を用意する必要があり、また、多くの芯金を一度に処理するための巨大な炉が必要である。つまり、カーボン繊維ロールの生産性を上げるためには、多大な設備投資が必要となる。したがって、シートワインディング法では、カーボン繊維ロールの生産性向上と製造コストの低減の両方を実現することは非常に困難である。
【００１１】
（２）また、フリーロールＦＲの長さは１００〜１０００ｍｍの間で様々なものがある。各フリーロールＦＲの長さに適した芯金（つまり専用の芯金）を作成すると、長さの異なる芯金を多数準備しなければならない。すると、カーボン繊維ロールの製造コストが増加するので、カーボン繊維ロールは高価になってしまう。かかる問題を解決するために、カーボン繊維ロールとして製造できる最大長(約２０００ｍｍ)のカーボン繊維ロールを製造してからこのカーボン繊維ロールを切り分けて、所望の長さのカーボン繊維ロールを形成している。一方、カーボン繊維ロールをフリーロールとして使用するには、その円筒形としての精度（円筒度）を高くしなければならない。カーボン繊維ロールの円筒度は、プリプレグを巻き付ける芯金の精度に依存するが、芯金は長くなればなるほど自重によるしなりが発生してしまう。このため、芯金を長くすればするほど、精度の高い芯金を加工することが難しくなり、芯金の加工コストが高くなる。芯金の加工コストは、カーボン繊維ロールの製造コストに反映される。したがって、長尺なカーボン繊維ロールを切り分けて所望の長さのカーボン繊維ロールを製造しても、結局、カーボン繊維ロールは高価になってしまう。
【００１２】
（３）さらに、プリプレグは常温での劣化（自然硬化）が著しく、常温の状態で長期間保存することができないので、プリプレグは、マイナス２０度の環境で保存されている。しかし、かかる環境で保存しても、プリプレグの自然硬化は徐々に進行するので、６ヵ月程度しか保存できない。このため、現状では、カーボン繊維ロールを形成するたびに、そのカーボン繊維ロール用のプリプレグを形成しており、非常に手間がかかっている。しかも、マイナス２０度の環境で保存するためには冷凍庫が必要であり、冷凍庫の電力消費によるコストが増大する。また、上述したような長尺のカーボン繊維ロールを製造するには長尺なプリプレグが必要であるが、長尺なプリプレグを保管するには、冷凍庫も大型化せえざるを得ない。すると、大型の冷凍庫を製造するためにさらに多大な設備投資が必要となる。つまり、カーボン繊維ロール自体の製造だけでなく、その材料となるプリプレグの製造にも多大なコストがかかる。したがって、カーボン繊維ロールは、その原料のコストも高いので、さらに高価になる。
【００１３】
（４）一方、プリプレグやカーボン繊維ロールを大量生産することができれば、カーボン繊維ロールの原料コストを低減できる可能性がある。しかし、上述したような事情もあり、プリプレグやカーボン繊維ロールを大量生産することは実質的に困難である。したがって、カーボン繊維ロールは受注生産とせざるを得ず、大量生産による原料コストの低下も期待できないので、カーボン繊維ロールの値段を下げることは実質的に困難である。
【００１４】
（５）さらに、シートワインディング法で製作されたカーボン繊維ロールは、上述したように非常に高性能であるが、不織布などのウェブＷをガイドするフリーロールの素材として考えた場合には、カーボン繊維ロールは非常にオーバースペックである。つまり、不織布は非常にデリケートな素材であり、１Kg以上の負荷（引張強度）が掛かると伸びてしまい、不良品となってしまうため、かかるデリケートな素材を支えるフリーロールに、アルミの５０倍もの強度は必要ないからである。そして、不織布などの製造ラインには、多数のフリーロールが使用されているため、フリーロールを高価なカーボン繊維ロールとして使用した場合には、製造設備のコストが膨大になる。
【００１５】
以上のごとき事情もあり、フリーロールに要求される軽量かつ導電性が良いという性能について、シートワインディング法で形成されたカーボン繊維ロールに近い性能を有しつつ、安価なフリーロールが求められている。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑み、安価かつ簡単に製造でき、しかも、長さ変更が容易であるロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１発明のロールは、中空な円筒状のロールであって、該ロールの素材が、炭素繊維を含有する樹脂を溶融後成形して形成されたものであることを特徴とする。
第２発明のロールは、第１発明において、前記ロールは、中空な円筒状に形成された本体部を複数本つないで形成されたものであり、該本体部の一端部に、該本体部の軸方向における中央部より外径が小さく他のロールの他端から挿入し得る形状に形成された円筒状の連結端部が形成されており、該連結端部は、一のロールの該連結端部を他のロールの他端に挿入すると、一のロールと他のロールが同軸となるように形成されていることを特徴とする。
第３発明のロールは、第１または第２発明において、ウェブ搬送用のロールであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明によれば、軽量かつ導電性を有しており、しかも、射出成形によって形成されているので、安価に製造することができる。
第２発明によれば、一の本体部の連結端部を他の本体部の他端に挿入すれば、複数の本体部同士を接続して、一本のロールとすることができる。つまり、ロールの軸長を自由に調整することができる。しかも、一本の本体部を大型化する必要がないので、本体部を容易に製造することができる。
第３発明によれば、原反ロールを交換する際など、ウェブの速度が変化するときに、ウェブへの追従性を高くでき、しかも、静電気に起因するウェブの巻きつきなどの問題が生じないので、設備の稼働効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態のロール１の概略説明図である。
【図２】本体部２の単体概略断面図である。
【図３】ウェブを搬送する設備の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のロールは、フィルム、布、不織布などのウェブを搬送する設備においてウェブを支えるために使用されるロールであって、軽量かつ導電性を有するようにしたものである。
【００２１】
本発明のロールは、その用途はとくに限定されず、図３に示すような、フィルム、布、不織布などのウェブＷを搬送する設備ＳのフリーロールＦＲとして使用する以外に、例えば、駆動ロールとして使用できる。
【００２２】
なお、本発明のロールを上記設備におけるウェブ搬送用のフリーロールＦＲとして使用した場合には、ウェブの速度が変化するときに、ウェブへの追従性を高くすることができる。例えば、原反ロールＲの交換の際にウェブＷへの追従性を高くできる。つまり、ウェブＷの速度ＶＷをライン速度から接合速度に落とした場合、逆に、ウェブＷの速度ＶＷを接合速度からライン速度に上げた場合において、ウェブＷの速度変動にフリーロールＦＲの周速度ＶＲを迅速に追従させることができるので、原反ロールＲの交換の際に、ウェブＷの損傷を抑えることができる。しかも、本発明のロールは導電性を有しているので、ウェブＷとフリーロールＦＲ間の摩擦によって発生する静電気を逃がすことができるので、ウェブＷがフリーロールＦＲに巻き付く等のトラブルが発生することも防ぐことができる。
したがって、本発明のロールを設備のウェブ搬送用のフリーロールＦＲとして使用すれば、上述したような問題が生じないので、設備の稼働効率を向上させることができる。
【００２３】
つぎに、本実施形態のロール１について説明する。
【００２４】
（ロール１の全体構造）
図１に示すように、本実施形態のロール１は、複数本の本体部２と、一対の端部部材３，３と、軸部材４と、を備えている。
そして、図１に示すように、本実施形態のロール１は、複数本の本体部２が直列に並ぶようにつないでロール本体を形成している。
まず、複数本の本体部２を説明する前に、一対の端部部材３，３と軸部材４とを説明する。
【００２５】
（軸部材４およびの説明）
図１に示すように、軸部材４は、長尺な軸状の部材であり、その長さがロール本体よりも長いものである。この軸部材４は、ロール本体を貫通するように設けられている。そして、軸部材４は、その中心軸がロール本体の中心軸と一致するように、一対の端部部材３，３によって両軸端部が保持されている。
【００２６】
（端部部材３およびの説明）
図１に示すように、一対の端部部材３，３は、ロール本体の軸端に取り付けられるものである。各端部部材３は、略円筒状に形成された部材であり、その中心部にベアリング等の軸受が設けられている。この軸受は、上述したように、軸部材４をその中心軸がロール本体の中心軸ＣＬと一致することができるように配置されている。つまり、軸部材４がロール本体の中心軸ＣＬと同軸かつロール本体の中心軸周りに回転可能となるように、一対の端部部材３，３は形成されているのである。
【００２７】
なお、端部部材３の形状はとくに限定されず、上記機能を満たしつつ、ロール本体の軸端、つまり、本体部２の端部に取り付けることができる形状であればよい。例えば、端部部材３の両端を、後述する本体部２の両端と同じ形状に形成しておけば、端部部材３を本体部２の端部に取り付けることができる。
【００２８】
また、軸部材４は、必ずしもロール本体を貫通するように設けられている必要はなく、一対の軸部材４，４が、それぞれ一対の端部部材３，３に回転可能に取り付けられていてもよい。
【００２９】
さらに、本体部２を上述した設備Ｓのフレームなどに回転可能な状態で設置できるのであれば、軸部材４は、端部部材３に固定されていてもよい。例えば、軸部材４の先端部が、軸受などを介してフレームなどに回転可能に取り付けられていれば、軸部材４は端部部材３に固定されていてもよい。
【００３０】
さらに、端部部材３を形成する方法やその素材はとくに限定されない。例えば、後述する本体部２と同様に、炭素繊維を含有する樹脂などを溶融後成形して端部部材３を形成してもよい。また、本体部２とは異なる材料や素材によって形成してもよい。
【００３１】
（本体部２の説明）
図１に示すように、ロール本体は、複数本の本体部２をつないで形成されたものであり、各本体部２は、図２に示すような構造を有している。つまり、本体部２は、その両端間を貫通する貫通孔２ｈを有する、中空な円筒状の部材である。本体部２の貫通孔２ｈは、その中心軸ＣＬが本体部２の中心軸（つまり本体部２の表面２ｆの中心軸）と一致するように形成されている。そして、この貫通孔２ｈは、その内径Ｄ２が、本体部２の外径よりも０．５〜１．５ｍｍ小さくなるように形成されている。言い換えれば、本体部２は、円筒状に形成された壁面の厚さＴが０．５〜１．５ｍｍとなるように形成されている。
【００３２】
また、図２に示すように、本体部２の一端（図２では右端）には、連結端部２ａが設けられている。この連結端部２ａは、その中心軸が本体部２の中心軸ＣＬと一致するように形成された、略円筒状の部分である。この連結端部２ａは、その外径Ｄ１が本体部２の内径Ｄ２と同等かわずかに小さくなるよう形成されている。
【００３３】
本体部２が以上のごとき構造を有しているので、一の本体部２の連結端部２ａを他の本体部２の他端から挿入すれば、本体部２を連結して、その表面（円筒状の側面）が連続した一本のロール（つまり上述したロール本体）を形成することができる（図１参照）。すると、連結する本体部２の数を調整すれば、筒状の部材の軸長を自由に調整することができる。つまり、本体部２の長さに係わらず（言い換えれば、本体部２の長さが短くても）、長尺なロール本体を有するロール１（図１参照）を形成することができるのである。
【００３４】
しかも、本体部２は、炭素繊維を含有する樹脂を溶融後成形して、溶融した樹脂を金型に流し込んで形成されている。例えば、本体部２は、樹脂を射出成形して成形されている。なお、使用する樹脂はとくに限定されないが、軽量であるポリプロピレン、ナイロン６などを使用することができる。
【００３５】
以上のように、本体部２は、溶融した樹脂を金型に流し込んで成形されており、しかも、その壁面の厚さＴが０．５〜１．５ｍｍと薄いので、本体部２を非常に軽量にすることができる。すると、本体部２を複数本つないでロール本体を形成しても、ロール本体の重量を軽くできるから、本実施形態のロール１自体も軽量化することができる。このため、ウェブＷを搬送するライン等のフリーロールＦＲとしてかかる本実施形態のロール１を使用すれば、ウェブＷの搬送速度の変化に対してフリーロールＦＲの回転を追従させることができる。
【００３６】
しかも、本体部２の原料に炭素繊維が含有されているので、樹脂が主原料となっていても、本体部２に導電性を付与することができる。すると、ウェブＷと本体部２との摩擦によって静電気が発生しても、その静電気を設備のフレームなどに逃すことができる。
したがって、静電気によってウェブＷが本体部２に巻き付くなどの問題が生じることを防ぐことができる。すると、かかる巻きつきに起因する設備停止などを防ぐことができるから、設備の稼働効率を向上させることができる。
【００３７】
さらに、溶融した樹脂を金型成形する方法（例えば、射出成形など）によって本体部２を成形しているので、本体部２を簡単かつ安価に製造することができる。そして、本体部２の壁面の厚さＴが０．５〜１．５ｍｍ程度となるようにすれば、上記方法によって本体部２を形成した場合でも、ウェブＷが巻き掛けられるフリーロールＦＲに要求される程度の強度は維持することができる。なお、図２に示すように、本体部２の内面にリブ２ｂを設けておけば、本体部２の強度を向上させることができる。
【００３８】
なお、連結した本体部２同士を固定する方法はとくに限定されないが、例えば、接着剤や樹脂の熱融着によって連結した本体部２同士を固定することができる。
【００３９】
また、本体部２の連結端部２ａの外面を先端に向かうに従って縮径するテーパ面に形成し、本体部２貫通孔２ｈの内径が、全体として、一端（連結端部２ａ側）から他端に向かって大きくなるように形成してもよい。この場合には、本体部２の連結端部２ａの外径Ｄ１を、本体部２の内径Ｄ２よりも若干大きくしておくことが好ましい。すると、本体部２同士をしっかりと連結できるし、連結した際に、本体部２同士の中心軸を合わせ易くなるという利点が得られる。もちろん、端部部材３の一端および他端も同様な構造としてもよいのは言うまでもない。
【００４０】
（複数本の本体部２を連結するメリット）
また、本実施形態のロール１は、複数本の本体部２を連結して、その表面（円筒状の側面）が連続した一本のロール本体を形成しているが、一本の本体部２でロール本体を形成してもよい。
【００４１】
しかし、複数本の本体部２を連結して一本のロール本体を形成した場合には、連結する本体部２の数を調整するだけで筒状の部材の軸長を自由に調整することができるので、好ましい。しかも、以下のような効果が得られるという利点がある。
【００４２】
通常、フリーロールＦＲは、使用する設備にあわせてその軸方向の長さが異なるため、フリーロールＦＲを使用する設備にあわせてロール１の軸長を変更する必要がある。射出成形によって軸長の異なる本体部２を成形する場合には、金型を変更しなければならない。このため、異なる軸長の本体部２を成形するためには、複数の金型を保持しておかねばならず、金型を保管する設備費などのランニングコストがかかる。
【００４３】
しかし、上述したように、本体部２同士を連結できるようにすれば、一つの本体部２で異なる長さのロール本体を形成できるので、保持すべき金型を少なくすることができるし、金型を保管する設備費などのランニングコストを抑えることができる。しかも、一本の本体部２を大型化する必要がないので、本体部２の製造も容易になる。
【００４４】
（本体部２を金型成形するメリット）
上述したように、本体部２の成形は、溶融した樹脂を金型成形して作成することができるが、以下、かかる方法で本体部２を成形するメリットを説明する。
【００４５】
まず、溶融した樹脂を金型成形して本体部２を製造した場合には、不織布用のフリーロールに適したロールを形成できる可能性がある。一例として、カーボン繊維含有熱可塑性樹脂ペレットを原料とした場合を説明する。
【００４６】
カーボン繊維含有熱可塑性樹脂ペレットは、数ミクロンの長さに刻まれたカーボン繊維と熱可塑性樹脂を混ぜて固めたものである。既製品のものでは、樹脂ペレットに含有されるカーボン繊維の重量％が３０％のものがあるが、プリプレグと比較すると、繊維が連続していない分だけ、製造された製品の強度は弱くなる。一方、上述したように、強度が求められない不織布用のフリーロールであれば、十分に要求される強度を有するものを形成できる。
【００４７】
そして、カーボン繊維含有熱可塑性樹脂ペレットは、プリプレグよりも安価で、常温での長期保存が可能であるので、大量生産して保存しておけば、製造コストを低減することも可能である。
【００４８】
しかも、溶融した樹脂を金型成形して本体部２を製造する場合のメリットは、製造時間が短いことである。例えば、熱溶解したカーボン繊維含有熱可塑性樹脂ペレットを金型に流し込み、冷却して金型から取り出すまでに掛かる時間は約２０秒であり、非常に短時間で本体部２を製造できるので、非常に生産性に優れている。
【００４９】
つまり、溶融した樹脂を金型成形して本体部２を作成すれば、従来のカーボン繊維ロールでは問題となる生産性と製造コストの両方を向上させることができるのである。
【００５０】
しかも、カーボン繊維に限らず、粉末状にした電導性のある物質を含有させた樹脂を原料として使用すれば、製造された本体部２に帯電防止能力を付与することも可能となる。例えば、細かく刻まれたカーボン繊維のほか、粉末状の金属等の電導牲のある物質を樹脂に含有させておけば、製造された本体部２に導電性を付与することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のロールは、フィルム、布、不織布などのウェブを搬送する設備に使用するフリーロールや駆動ロールなどに適している。
【符号の説明】
【００５２】
１      ロール
２      本体部
２ａ    連結端部
２ｈ    貫通孔
３      端部部材
４      軸部材
Ｗ      ウェブ
ＦＲ      フリーロール
【図１】
2014163446.tif 000003
【図２】
2014163446.tif 000004
【図３】
2014163446.tif 000005