(57)【要約】【課題】ニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくすることができ、ニップロールの表面を研磨または再研磨するときには外形が直線的であるから精度が得やすく加工費が少なくて済むニップロールを提供する。【解決手段】胴部の中心での直径が最大で、胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する金属材料でできたロール芯と、そのロール芯を被覆するゴム弾性材料でできた胴部表面層とを備えるようにしたニップロール。また胴部表面層の外径が胴部の中心から端部にかけて一定であるようにしたニップロール。【選択図】  図１
2006027852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部の中心での直径が最大で、前記胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する金属材料でできたロール芯と、そのロール芯を被覆するゴム弾性材料でできた胴部表面層とを備えることを特徴とするニップロール。
【請求項２】
請求項１記載のニップロールにおいて、前記胴部表面層の外径は前記胴部の中心から端部にかけて一定であることを特徴とするニップロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウェブを挟持して移送するニップロールの技術分野に属する。特に、ニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくすることができるニップロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙やプラスチックフィルム等のウェブを取扱う機械においてウェブを一対のロールで挟持して移送することが一般に行われている。具体的には、機械のインフィードユニット、アウトフィードユニット、ラミネート加工ユニット、エンボス加工ユニット、等において適用される。多くの事例において、ウェブを挟持する一対のロールの一方には表面層がゴム弾性材料のロール（ゴムロール）が使用され、他方には金属材料のロール（金属ロール）が使用される。
なお、ウェブを挟持（ニップ）する目的のこれらゴムロールと金属ロールの中で、ゴムロールのことを、ここでは、ゴムロールまたはニップロールと呼ぶ。
【０００３】
図５に矢印で示すように、ゴムロールの左右端部に存在する軸に作用する力がゴムロールによって金属ロールを加圧する力となる。このとき、金属ロールからの反作用の力がゴムロールの中央部に存在する胴の部分に加わる。ゴムロールの左右端に作用する力と、ゴムロールの中央部に作用する力は逆方向の力であるから、当然、ゴムロールは撓むことになる。その結果、従来の一般的なゴムロール（ニップロール）においては、その胴の周辺部においてはニップ圧が高く、中心部においてはニップ圧が低くなる。そのため、たとえば２枚以上のフィルムを貼り合せるラミネータに適用するとシワが発生したり、接着強度ムラ、フィルム肉厚ムラの原因となっていた。
【０００４】
このニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくするために、以下の方法が提案されている。
（１）ニップロールの胴の中央部の外径を膨らませたクラウン形状にする方法（特許文献１）。この方法では、ゴムの摩耗に伴い性能が維持できなくなる。また外形の再研磨が必要なときには、クラウン形状を得るために加工費が大となる。
（２）ニップロール背後に撓みの少ないバックアップロールを配置する方法（特許文献２）。この方法では、バックアップロールを追加することから設備費が大となる。
（３）上記の２方法を組合わせる方法（特許文献３）。この方法では上述の両方の問題を有する。
【特許文献１】特開平８−１１２０４号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５３９３号公報
【特許文献３】特開平５−２４１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、ニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくすることができ、ニップロールの表面を研磨または再研磨するときには外形が直線的であるから精度が得やすく加工費が少なくて済むニップロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係るニップロールは、胴部の中心での直径が最大で、前記胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する金属材料でできたロール芯と、そのロール芯を被覆するゴム弾性材料でできた胴部表面層とを備えるようにしたものである。
また本発明の請求項２に係るニップロールは、請求項１に係るニップロールにおいて、前記胴部表面層の外径は前記胴部の中心から端部にかけて一定であるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１に係るニップロールによれば、ロール芯が胴部の中心での直径が最大で、胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する金属材料でできており、胴部表面層がそのロール芯を被覆するゴム弾性材料でできている。すなわち、胴部の中心ではゴム弾性材料が最も薄く胴部の中心から端部にかけてゴム弾性材料が漸次厚くなる。したがって、ニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくすることができる。
また本発明の請求項２に係るニップロールによれば、胴部表面層の外径は胴部の中心から端部にかけて一定である。したがって、ニップロールの表面を研磨または再研磨するときには外形が直線的であるから精度が得やすく加工費が少なくて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明のニップロールの構成を断面図で示した図である。図１において、１ａ，１ｂは軸、２はロール芯、３は胴部表面層である。ニップロールは軸部と胴部とから構成され軸部は軸１ａ，１ｂ、胴部はロール芯２と胴部表面層３から成る。
軸１ａ，１ｂはニップロールを回転自在に支持するため胴部の左右端面に結合した軸である。軸１ａ，１ｂの軸受けは、通常は、アームや直線移動機構によって支持され機械のフレームに対して可動である。ニップロールに対向して設けられ、ウェブを挟持する他方のロール（図５参照）の軸受けは、通常は、フレームに対して固定されている。ニップロールをその軸１ａ，１ｂにおいて変位させニップロールと対向するロールとを接触させウェブを挟持する。そのときのニップ圧は軸１ａ，１ｂに作用する力に起因している。
【０００９】
ロール芯２はニップロールの芯であり鉄、アルミニウム、合金、等の金属材料でできている。ロール芯２は軸１ａ，１ｂと強固に結合している。図１において断面を示すように、ロール芯２はニップロールの胴部の中心での直径が最大で、胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する。
【００１０】
胴部表面層３はロール芯２を被覆するゴム弾性材料でできている。ゴム弾性材料とはゴム状の弾性（Rubberlike Elasticity）を有する材料である。たとえば、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム（Ｓｉ）、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、二トリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等の材料である。なお括弧の中はＡＳＴＭ略号である。
【００１１】
胴部表面層３の外径は、図１に示すように、胴部の中心から端部にかけて一定である。この外径は、必ずしも一定とする必要性はない。しかし、ニップロールの表面を研磨または再研磨するときには外形が直線的であるから精度が得やすく、また加工費が少なくて済むため好適である。
【００１２】
ロール芯２は、前述のように、胴部の中心での直径が最大で、胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少する。したがって、胴部表面層３の厚さは、胴部の中心での厚さが最小で、胴部の中心から端部にかけて厚さが漸次増大する。外径が一定のときには、ロール芯２における直径の減少分だけ胴部表面層３の厚さが増大する。
【００１３】
以上の構成において、次に本発明のニップロールを使用したときの動作態様について図を参照して説明する。図２は鉄ロールに本発明のニップロール（ゴムロール）を接触させて加圧した状態を断面図として示す図である。図２において図１と同一部分には同一符号を付してある。
図２においても図５におけると同様でニップロールは撓むことになる。すなわち、図２に矢印で示すように、ニップロールの左右端部に存在する軸に作用する力がニップロールによって金属ロールを加圧する力となる。このとき、金属ロールからの反作用の力がニップロールの中央部に存在する胴の部分に加わる。ニップロールの左右端に作用する力と、ニップロールの中央部に作用する力は逆方向の力であるから、当然、ニップロールは撓むことになる。
【００１４】
その撓みの方向としては、図２においてニップロールの軸１ａ，１ｂは鉄ロールに近付く方向に撓み、ニップロールの胴部の中央部が相対的に鉄ロールから遠退く方向に撓むことになる。ニップロールの軸１ａ，１ｂが鉄ロールに近付く方向に撓むということは、胴部の左右端部が鉄ロールに近付く方向に撓むことと同じである。したがって、ニップロールの胴部の左右端部が鉄ロールに近付く方向に撓み、中央部が相対的に鉄ロールから遠退く方向に撓むことになる。また、このときニップロール（ゴムロール）だけが撓むのではなく、鉄ロールも同様にニップロールに対して撓むことになる。その結果、ニップロールの胴部の中央においては胴部表面層３の厚さの変形量（圧縮量）が小さく、ニップロールの胴部の端部においては胴部表面層３の厚さの変形量が大きくなる。
【００１５】
ここで胴部表面層３の厚さをＬ、変形量をδＬ、ヤング率をＥとすると、応力（Ｆ／Ｓ）は（Ｆ／Ｓ）＝Ｅ×（δＬ／Ｌ）の関係がある。図２示すように、ニップロールの胴部の左右端部においては胴部表面層３の厚さが大きく、胴部の中央部においては胴部表面層３の厚さが小さい。そこで胴部表面層３の左右端部における厚さを同一厚さのＬｅ、その変形量をδＬｅとする。また、胴部表面層３の中央部における厚さをＬｃとし、その変形量をδＬｃとする。
【００１６】
上述の撓みによってδＬｃ＜δＬｅの関係がある。また図２に示す本発明のニップロールにはＬｃ＜Ｌｅの関係がある。そこで、（δＬｃ／Ｌｃ）＝（δＬｅ／Ｌｅ）の関係が成立するようにＬｃとＬｅとを決めれば、応力（Ｆ／Ｓ）＝Ｅ×（δＬｃ／Ｌｃ）＝Ｅ×（δＬｅ／Ｌｅ）となる。すなわち、胴部の中央部においても左右端部においても同一のニップ圧が得られることになる。
なお、図５に示した従来の一例においては、撓みによってδＬｃ＜δＬｅの関係があるのは同じであるが、図５に示すニップロール（ゴムロール）ではＬｃ＝Ｌｅ＝Ｌの関係があるため、Ｅ×（δＬｃ／Ｌ）＜Ｅ×（δＬｅ／Ｌ）となり胴部の中央部と左右端部においてニップ圧が異なる。
【００１７】
上述においては、説明を簡明とするため、変形が一次元変形だけであるかのように説明したが、実際のニップロールと鉄ロールは、三次元変形を行うため、撓みや応力の計算方法が極めて複雑となる。実際のその計算には有限要素法を適用してコンピュータ解析を行う必要性がある。胴部表面層３の物理特性、実使用時においてニップロールに印加する力、ニップロールの外径寸法、等が決められた後に、胴部の中心での直径が最大で胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少するロール芯２の形状、または胴部の中心での厚さが最小で、胴部の中心から端部にかけて厚さが漸次増大する胴部表面層３の厚さを決定する必要性がある。そのためには、有限要素法を適用してコンピュータ解析を行うことが好適である。
【００１８】
次に、コンピュータ解析の一例について図３、図４を参照して説明する。図３は胴部表面層３の厚さの一例を位置ごとに示す図である。図４は胴部表面層３の接触圧力の一例を位置ごとに示す図である。図３において、胴部の左右端部における胴部表面層３の厚さは１７ｍｍ、左右端部から５０ｍｍ中央部に入った位置における胴部表面層３の厚さは１６ｍｍ、左右端部から１００ｍｍ中央部に入った位置における胴部表面層３の厚さは１５ｍｍ、胴部の中央部における胴部表面層３の厚さは１３ｍｍである。
【００１９】
胴部表面層３の厚さ以外の条件は次のとおりである。
胴部表面層３のヤング率  ：  ５ＭＰａ
ロール面長  ：  １６８０ｍｍ
ゴムロール径  ：  ２４０ｍｍφ
鉄ロール径  ：  ２４０ｍｍφ
負荷  ：  １トン／全幅
【００２０】
計算結果は、下記の表１のとおりとなる。表１において上から１番目の行はゴムロールの中心軸と鉄ロールの中心軸を含む面とゴムロールの周面とが交差する位置を原点（０ｍｍ）としたときのゴムロールの胴部表面層３における接線方向の座標（ｍｍ）である。また表１において２番目の行はその位置に付した番号である。また表１において左から１番目の列はゴムロールの胴部表面層３における軸方向の位置に付した番号である。また表１において左から２番目の列はその軸方向の位置の座標（ｍｍ）である。
【表１】
2006027852.tif 000003
【００２１】
図４は、表１を図として示したものであって、データは同一であり。表１、図４に示すように、接触圧力の最大値（中央部）は５７５ｋＰａであり、最小値（左右端部）は５６２Ｐａであり、その比率（最小値／最大値）が９７．７％である。
同様の条件で胴部表面層３の厚さを均一としたときには、接触圧力の最大値（左右端部）は６０９ｋＰａであり、最小値（中央部）は５２３Ｐａであり、その比率（最小値／最大値）が８５．９％である。
このように本発明のニップロールにおいては、ニップロールの軸方向におけるニップ圧の差異を小さくすることができる。
【００２２】
上述の実施の形態においては、胴部の中心での直径が最大で、胴部の中心から端部にかけて直径が漸次減少するロール芯２の形状が図３に示す具体的一例のとおりの形状とした。しかし、本発明はこの一例に限定されるものではなく、ロール芯２の直径を変化させる形状は任意であり、様々な使用条件に適合する形状のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のニップロールの構成を断面図で示した図である。
【図２】鉄ロールに本発明のニップロール（ゴムロール）を接触させて加圧した状態を断面図として示す図である。
【図３】胴部表面層３の厚さの一例を位置ごとに示す図である。
【図４】胴部表面層３の接触圧力の一例を位置ごとに示す図である。
【図５】ゴムロールの左右端部に存在する軸に作用する力がゴムロールによって金属ロールを加圧する力となることを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ａ，１ｂ  軸
２  ロール芯
３  胴部表面層
【図１】
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【図２】
2006027852.tif 000005
【図３】
2006027852.tif 000006
【図４】
2006027852.tif 000007
【図５】
2006027852.tif 000008