(57)【要約】  ニップ（４２）において一様な圧力を生じさせるためのコンプライアント圧力ローラ（１０）は、静止した内部コア（１２）を有する。複数のシュー（１４）は、この内部コアに回転可能に装着される。非磁性分離器（１６）は、複数の環状チャンバ（１８）を形成し、１つのシューはチャンバのうちの１つに配置される。磁力レオロジ流体は、チャンバのそれぞれを満たし、複数の磁場発生器（１３）は、それぞれのチャンバ内の磁場を変化させる。回転可能な薄肉外部シェル（２４）は、複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを取り囲む。
2007526951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニップにおいて一様な圧力を生じさせるコンプライアント圧力ローラであって、
静止した内部コアと、
当該静止した内部コアに回転可能に搭載された複数のシューと、
複数の環状チャンバを形成し、それぞれの当該シューは、当該チャンバのうちの１つに配置される非磁性分離器と、
当該チャンバのそれぞれを満たす磁力レオロジ流体と、
当該チャンバのそれぞれの磁場を変化させる複数の磁場発生器と、及び、
当該複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを取り囲む薄肉で回転可能なシェルと、
を備えることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁場発生器は、当該シューのそれぞれにあることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項３】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁場発生器は、当該静止した内部コアにあることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項４】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁力レオロジ流体は、熱伝達物質であることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項５】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該シューは、当該静止した内部コアに対してスプリングにより載荷されていることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項６】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該薄肉で回転可能なシェルは金属であることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項７】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁場発生器のそれぞれは、独立して当該薄肉で回転可能なシェルの変形を埋め合わす調整が可能であることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項８】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁場発生器のそれぞれは、独立してウェブの厚みの変化を埋め合わす調整が可能であることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項９】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該薄肉で回転可能なシェルの回転により発生する当該磁力レオロジ流体による流体力は、当該シェルの変形の埋め合わせをすることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１０】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、変形検知器が当該シューのそれぞれに配置されていることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１１】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、渦流検知器が当該薄肉で回転可能なシェルの変形を検知し、当該磁場発生器の少なくとも１つを調節するマイクロ・プロセッサに変形信号を供給することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１２】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、レーザ検知器が当該薄肉で回転可能なシェルの変形を検知し、当該磁場発生器の少なくとも１つを調節するマイクロ・プロセッサに変形信号を供給することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１３】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該複数のシューのそれぞれの表面が、当該薄肉で回転可能なシェルの内表面と集中ゾーンを形成することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１４】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、集中ゾーンを形成するために、当該複数のシューのそれぞれの表面の曲率が、当該薄肉で回転可能なシェルの内表面の曲率よりも大きいことを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１５】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該複数のシューは、偏心して搭載されていることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１６】
ニップにおいて一様な圧力を生じさせるコンプライアント圧力ローラであって、
静止した内部コアと、
当該静止した内部コアに回転可能に搭載された複数のシューと、
複数の環状チャンバを形成し、それぞれの当該シューは当該チャンバのうちの１つに配置される非磁性分離器と、
当該チャンバのそれぞれを満たす磁力レオロジ流体と、
当該チャンバのそれぞれの磁場を変化させる複数の磁場発生器と、及び、
当該複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを取り囲む薄肉で回転可能なシェルと、を備え、
当該磁場発生器のそれぞれは、独立して当該回転可能なシェルの変形を埋め合わす調整が可能であり、当該薄肉で回転可能なシェルの回転により発生する当該磁力レオロジ流体による流体力は、当該シェルの変形の埋め合わせをすること、
を特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁場発生器は、当該シューのそれぞれにあることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１８】
請求項１６に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、当該磁力レオロジ流体は、熱伝達物質であることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項１９】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、該シューは、当該静止した内部コアに対してスプリングにより載荷されていることを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項２０】
請求項１に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、変形検知器が当該シェルの変形を検知し、当該変形に対して埋め合わせをするために、少なくとも１つの当該磁場発生器を調節することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、渦流検知器が当該シェルの変形を検知し、当該磁場発生器のうち少なくとも１つを調節するマイクロ・プロセッサに変形信号を供給することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項２２】
請求項２０に記載のコンプライアント圧力ローラにおいて、レーザ検知器が当該薄肉で回転可能なシェルの変形を検知し、当該磁場発生器のうち少なくとも１つを調節するマイクロ・プロセッサに変形信号を供給することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【請求項２３】
ニップにおいて一様な圧力を生じさせる方法であって、
静止した内部コアを提供すること、
当該静止した内部コアに複数のシューを回転可能に搭載すること、
それぞれの当該シューは当該チャンバのうちの１つに配置される、複数の環状チャンバを形成すること、
当該チャンバのそれぞれに磁力レオロジ流体を満たすこと、
当該複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを薄肉金属で回転可能なシェルで取り囲むこと、
当該シェルの変形を検知すること、及び
当該変形を修正するため当該磁力レオロジ流体の粘性を変化させるため当該チャンバのうち少なくとも１つの磁場を変えること、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、当該シェルの回転により発生する当該磁力レオロジ流体の流体力は、当該シェルの変形の埋め合わせをすることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、当該磁場発生器は、当該シューのそれぞれに搭載されることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法において、当該磁力レオロジ流体は、熱伝達物質であることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の方法において、当該シューを当該静止する内部コアに対してスプリング載荷する追加のステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２３に記載の方法において、渦流検知器が当該シェルの変形を検知することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２３に記載の方法において、レーザ検知器が当該薄肉で回転可能なシェルの変形を検知することを特徴とする方法。
【請求項３０】
ニップにおいて一様な圧力を生じさせるコンプライアント圧力ローラであって、
静止した内部コアと、
当該静止した内部コアに回転可能に搭載された複数のシューと、
複数の環状チャンバを形成し、それぞれの当該シューは当該チャンバのうちの１つに配置される非磁性分離器と、
当該チャンバのそれぞれを満たす磁力レオロジ流体と、
当該チャンバのそれぞれの磁場を変化させる複数の磁場発生器と、
当該複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを取り囲む薄肉で回転可能なシェルと、
当該薄肉で回転可能なシェルの変形を検知する少なくとも１つの検知器と、
シェルの変形に関する情報を処理するマイクロ・プロセッサと、を備え、
当該磁場発生器の少なくとも１つを、シェルの変形の埋め合わせをするため調節することを特徴とするコンプライアント圧力ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には圧力ローラに関し、特に、薄肉外部シェルの変形を調節するコンプライアント圧力ローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある基板を用意する際には、少なくとも１方の表面は平滑な仕上げとすることが重要である。この平滑な仕上げは、しばしば非常に厳しい許容値を要求する。この問題に対する先行技術の解決法は完全に満足できるものではない。１つの先行技術は、弾性ローラを用いている。しかし、弾性ローラは、金属ローラと同様な厳しい許容値で切削されない。
【０００３】
他の先行技術の解決法は、基板がニップを通過する際に裏張り（ｂａｃｋｉｎｇ）材料として平滑な表面仕上げを有する搬送ウェブを用いる。この解決方法の問題は、搬送ウェブは、通常は破棄されるか又はリサイクルされなければならず、製造プロセスのコストをアップする。他の問題として、搬送上ウェブは、しばしば皺がよってしまう。
【０００４】
弾性裏張りに平滑な表面仕上げを施した金属スリーブを有するローラを用いることは可能である。しかし、この解決方法もまた欠点がある。薄い金属スリーブは繰り返し使用することで、特に縁に沿ってクラックが発生する。
【０００５】
１つの解決方法が、特許文献１において議論されている。ここで提案されている解決方法は、一連の水圧式ピストンである。しかし、これらの水圧式ピストンは、薄肉外部シェルに、ローラの梁の撓みを修正するように作用する。開示されている装置は高価であり、全ての適用には向いていない。
【０００６】
模様の付いたローラでは、ニップにおける急激な圧力の上昇は、その材料に模様をつけるために重要である。本来小さな直径の金属シェルは、与えられたニップ荷重に対して小さなニップでの足型を発生させ、それはより高い圧力となる。鋳造ウェブ材料の押出し成形において、ニップの作用は、磨かれた又は模様が付けられたローラ表面の再生を改善する。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，１４６，６６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
理想的な状況は、ローラが完全に筒状であり、溶融樹脂が一様に分布していることである。実際にはどちらの条件も達成されない。局部的にローラの形状を調節する能力が、クロス幅のニップ荷重を改善するために望ましい。その結果、ウェブ材料はさらに一定の厚さ及び表面の一様性を有する。自己調整ローラは、高いニップ荷重が要求される紙の製造又はウェブのカレンダ操作に利用されているが、それらは最小限の熱伝達能力を有している。
【０００９】
ローラに平滑な仕上げを生成する能力を持たせることは望ましく、小さなニップの足跡で改善された熱伝導能力を有し、調節可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
簡潔に、本発明の１つの側面によると、ニップにおいて一様な圧力を生じさせるためのコンプライアント圧力ローラは、静止した内部コアを有する。複数のシューは、この内部コアに回転可能に装着される。非磁性分離器は、複数の環状チャンバを形成し、１つのシューはチャンバのうちの１つに配置される。磁力レオロジ流体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄ）は、チャンバのそれぞれを満たし、複数の磁場発生器は、それぞれのチャンバ内の磁場を変化させる。薄肉で回転可能なシェルは、複数のチャンバ，シュー及び静止した内部コアを取り囲む。磁場発生器における変化は、磁力レオロジ流体の抵抗に変化を与え、それは、薄肉で回転可能なシェルに力を働かせ、シェルの小さな変形の埋め合わせをする。
【００１１】
本発明による圧力ローラは、薄肉の金属シェルを有する。荷重下でのシェルの輪郭は、回転軸に沿った多くの点で、ニップと一様に接触するために調節可能である。このローラの軸に沿って領域が形成され、そこでシェルの内表面に働く力は、局部的なシェルの変形を起こす力を埋め合わせるために変化させられる。
【００１２】
実施形態では、流体力学による力は、内部シェルと外部シェルとの間に設けられチャンバ内に封入された磁力レオロジ流体のせん断作用により内部シェルに発生する。磁場の変化は流体の速度に影響する。これは、与えられた回転速度に大きな流体力を生成する。主要なコンポーネントは、内部の筒状のコア、スプリングにより載荷回転なシュー、ゾーン分離リング、磁場源及び薄肉外部シェルから構成される。
【００１３】
ローラの薄いシェルは、より良い軸方向の形状の調節、及びより優れた熱の伝達能力を提供し、これは鋳造システムでの押出しにおいて重要である。改善された熱伝達能力により、ニップの形状に対する金型を改良し、溶融カーテンの長さをより短くできる、より小さなローラ半径が許容されるかもしれない。これは、縮小されたネックイン（ｎｅｃｋ−ｉｎ）により、一様でない溶融カーテンの厚さを改善できる。また他の目的物に関してローラの表面が調節されなければならない、ローラの表面にニップを用いない適用に用いられ得る。
【００１４】
本発明の内容、目的、及び有利な点は、下記に示す好ましい実施形態の詳細な記載によりさらに明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明では、本発明による装置の部分の構成要素、又はより装置に直接的に協同する要素に対して特に指向する。明確に図示し又は記載されていない要素は、当業者にとってよく知られているように、多様な形式で捉えてもよいことが理解されるであろう。
【００１６】
図１を参照し、コンプライアント圧力ローラは、一般に符号１０により参照される。コンプライアント圧力ローラ１０は、一般に静止した内部コア１２、及び静止した内部コア１２に回転可能に装着された複数のシュー１４を備える。一連の非磁性分離器１６により、複数の環状チャンバ１８が形成され、それぞれのシュー１４は環状チャンバ１８のうちの１つに配置される。
【００１７】
図１、図２Ａ，及び図２Ｂを参照し、偏心して装着されたシュー１４が示される。シュー１４の一方の表面は曲面となっている。回転点１５及びスプリング載荷アセンブリ１７が、シュー１４に取り付けられる。非磁性金属材料がシュー１４の構造材として用いられるが、本発明では、この実施形態に限らない。シュー１４の表面の曲率は薄肉外部シェル２４の内表面の曲率よりも少しだけ小さい。このことは、これらのコンポーネント間のインターフェースにおいて（接触点を）１点に集中させることになる。
【００１８】
コンプライアント圧力ローラ１０は、コンプライアント圧力ローラ１０の主要な支持構造である、回転しない内部コア１２を備える。非磁性金属材料が内部コアの構造材として用いられるが、本発明では、この実施形態に限らない。内部コア１２は、内部に軸方向孔１９が設けられた円筒形をしている。少なくともこれらの孔の１つは磁場発生器１３を収納するために用いられる。好ましい実施形態では、１つの磁場発生器１３は、複数のシュー１４のそれぞれに関連する。このことは、薄肉外部シェル２４の局部的な調整を許容する。代替の実施形態では、磁場発生器１３は、図２Ｂに示すように、複数のシュー１４のそれぞれに設置されても良い。
【００１９】
軸方向孔１９は、コア内の熱伝達媒体の循環に用いられる。一連のポケット２６は、シュー１４の支持材として放射方向に設けられる。内部コア１２の座部（ｓｅａｔｓ）は、ベアリング２０及び液体シール２２の搭載を可能とする。
【００２０】
動作において、シューに対する薄肉シェルの相対的な速度により発生するせん断力を受ける粘性流体の流体力学的な効果により、集中部（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎ）１１内に圧力分布が発生する。この圧力は、薄肉シェルの湾曲面２５とシューの湾曲面２７に作用する。シューに作用する圧力は、圧力中心での曲率に直交する力となる。この力は、シュー１４に作用するスプリングの初期載荷力により抵抗される。回転する薄肉外部シェル２４に作用する圧力は、シェルに内部力を発生させる。内部の流体力学的な作用からシェルに作用する力と、外部からのニップ力との正味の（ｎｅｔ）差異により、この領域での薄肉シェルの局部的な変形が発生する。
【００２１】
本実施形態において、シェルの構造設計は梁の曲げについてのクライテリア及びシェルの崩壊についてのクライテリアによっては規定されないため、小さなシェル半径の薄肉シェルは可能である。外部ニップ力を受けるシェルの表面は、磁力レオロジ流体２８とシュー１４とのインターアクションにより発生する内部からの圧力により直接的に支持されるため、シェルの壁厚をかなり薄くすることができる。
【００２２】
薄肉外部シェル２４は、ベアリング２０により、内部コア１２まわりの回転に制限される。図４に示すように、シェルの回転は、ニップポイント４２において、摩擦力により又は外部の駆動メカニズムとともに伝達され得る。薄肉シェルの湾曲面２５に沿い、与えられた集中的なインターフェースにより、相対的な速度及び粘性流体は、一様な圧力を発生させる。シュー１４と関連する管状チャンバ１８、磁力レオロジ流体２８、及び軸方向に変化する磁場発生器１３は、流体粘性の変化により、流体力学的に変化する圧力を受けることができる。薄肉シェルに沿った軸方向に変化する圧力を作用させられることで、小さな振幅の局部変形が変化し、他の先行技術により可能な周波数よりもかなり高い周波数となる。
【００２３】
図３は、ニップポイントにおける、ローラ表面の半径方向の縦断図により、本装置の変化する内圧に対する性能の効果のモデル化のために用いる有限要素計算の結果を示す。シェルのディメンジョンは、下記の量で表される；曲げ剛性は約１８００ｌｂ-ｉｎ（２０３Ｎ・ｍ）であり、シェルの直径に対する厚さの比は０．０２５である。曲げ剛性は、材料の弾性剛性とシェルの厚みの３乗との積の値を、定数１２及び１とポアソン比の２乗との差の積の値で割ったものとして定義される。回転軸に対して平行な局部的な領域に沿った薄肉外部シェル２４に作用する平均のニップ圧力２５０ｐｓｉ（１７２３ｋＰａ）が、この計算で用いられる。変数（ＵＸ）は、ｘ方向での半径方向の変位であり、これもまた作用するニップ圧力領域に直交する。
【００２４】
ダイアモンド型にマークされた曲線３０は、内部の支持がない場合に、ニップ荷重により想定されるシェルの変形を示す。三角形にマークされた曲線３２は、５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）の平均圧力でシェルの中心に作用するシュー１４の湾曲面に等しい部分に、局部的な圧力を適用した場合の影響を示す。四角形にマークされた曲線３４は、シェルの内表面に沿った、１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）から２０ｐｓｉ（１３８ｋＰａ）の範囲の傾斜した圧力分布の適用により得られた半径方向の変形の明確な効果を示す。基本的な流体力学の原理を利用することで、平均せん断比２５０１／ｓで外部シェルとシューの湾曲面との間でせん断される約１０Ｐａ‐ｓの粘性流体が与えられ、約３０ｐｓｉ（２０７ｋＰａ）の圧力がこの領域に発生すると計算される。
【００２５】
図４は、鋳造のウエッブの押出成形に利用される、典型的な２つのローラによるニップ断面図を示す。コンプライアント圧力ローラ１０は、溶融樹脂５２と第２ローラ４０とのインターフェースに対し半径方向に載荷される。レーザにより三角測量法又は渦電流器といった非接触式の変形検知器５０を利用することで、シェル表面の変形を測定することができる。この測定結果は、変形の信号５４を、磁場発生器１３の１つ又はそれ以上の強さを変えるマイクロ・プロセッサ５６へ送ることにより、ローラの軸に沿った内部の荷重状態を調節することに利用できる。
【００２６】
前述した磁力レオロジ流体に加えて、本装置は、磁力レオロジ特性を有さないが、非ニュートン特性（流体の粘性は付加されたせん断比に基づく）を示す他の流体を収納することができる。局部的な圧力変動は、外部シェル及びシューの湾曲面との間の隙間を調整することで発生される。この隙間の平均のせん断比は、シェルの表面速度を隙間の高さで割った値に比例する。非ニュートン流体は、速度とせん断比との間に対数関係を示す。流体と結合した隙間を望ましいせん断の感受性特性をもって外部から操作することは、それぞれのチャンバ内に局部的な圧力の差異を発生する付加的な手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る軸方向のコンプライアント圧力ローラを、外部のシェルを取り除き内部のコンポーネントを露出させた一部断面の状態で透視して表現した透視図である。
【図２Ａ】内部の流体（ｆｌｏｗ）チャンバの１つの中心で切断した、図１に示す軸方向のコンプライアント圧力ローラの断面図である。
【図２Ｂ】シューと図２Ａに記載した外部シェルとのインターフェースを拡大して表現した断面図である。
【図３】多様な内圧の状態でのニップポイントに直交する外部シェルの半径方向の変形（ＵＸ）の説明図である。
【図４】２つのローラ間に形成されたニップの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  コンプライアント圧力ローラ
１１  集中部
１２  内部コア
１３  磁場発生器
１４  シュー
１５  回転点
１６  非金属分割器（非磁性分割器）
１７  スプリング載荷アセンブリ
１８  環状チャンバ
１９  軸方向孔
２０  ベアリング
２２  シール
２４  薄肉外部シェル
２５  シェルの湾曲面
２６  ポケット
２７  シューの湾曲面
２８  磁力レオロジ流体
３０  曲線
３２  曲線
３４  曲線
４０  第２ローラ
４２  ニップ
５０  変形検知器
５２  溶融樹脂
５４  信号
５６  マイクロ・プロセッサ
【図１】
2007526951.tif 000003
【図２Ａ】
2007526951.tif 000004
【図２Ｂ】
2007526951.tif 000005
【図３】
2007526951.tif 000006
【図４】
2007526951.tif 000007
【国際調査報告】
2007526951.tif 000008
2007526951.tif 000009
2007526951.tif 000010