(57)【要約】【課題】外部から力を加えることなく、自重と重力の作用等によってローラが湾曲するのを防止できるローラおよびローラ湾曲補正装置を提供する。【解決手段】中心軸回りに回転駆動されるローラ１０であって、円筒形のローラ本体１１と、ローラ本体１１の中心軸ｃ方向の中央において、中心軸ｃに対して主面が垂直になるように設けられ、扇形に区分され、厚み方向に変位する複数の変位領域を有する圧電板１と、変位領域ごとに電圧を印加するためのリード１５と、を備え、圧電板１は、変位領域の変位によりローラ本体１１の中心軸ｃの湾曲を補正することを特徴としている。【選択図】図１
2015010637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸回りに回転駆動されるローラであって、
円筒形のローラ本体と、
前記ローラ本体の中心軸方向の中央において、前記中心軸に対して主面が垂直になるように設けられ、扇形に区分され、厚み方向に変位する複数の変位領域を有する圧電板と、
前記変位領域ごとに電圧を印加するためのリードと、を備え、
前記圧電板は、前記変位領域の変位によりローラ本体の中心軸の湾曲を補正することを特徴とするローラ。
【請求項２】
前記変位領域は、前記圧電板全体の領域が円周方向に４等分されたものであることを特徴とする請求項１記載のローラ。
【請求項３】
前記圧電板は、一方の主面に扇形に区分された電極を有し、他方の主面に全面のグランド電極を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のローラ。
【請求項４】
前記ローラ本体は、前記中心軸の一端側の円筒部および他端側の円筒部とが前記圧電板を挟んで固着されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のローラ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のローラと、
前記ローラの中心軸の湾曲を検出する変位計と、
前記ローラの回転位置を検出するエンコーダと、
前記検出されたローラの回転位置に応じて、前記検出された中心軸の湾曲を補正するように前記圧電板の各変位領域へ電圧を印加する印加電圧制御部と、を備えることを特徴とするローラ湾曲補正装置。
【請求項６】
前記ローラは、中心軸が水平になるように渡され、
前記印加電圧制御部は、前記検出された回転位置において、鉛直下方側にある変位領域の厚みを小さくし、鉛直上方側にある変位領域の厚みを大きくすることを特徴とする請求項５記載のローラ湾曲補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心軸回りに回転駆動されるローラおよびローラ湾曲補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製紙業界や、フィルムメーカなどにおいては、中心軸回りに回転駆動される長尺のローラが使われている。これらローラは、水平方向に渡され、その長さと重量により、重力によって、０．０１ｍｍオーダーでの湾曲を生じる。これによって、例えば生産するフィルムや紙の厚さにムラを生じ、中央部と端部の厚さが異なるといった不具合が起きる。
【０００３】
このようなローラの湾曲に対しては外部から補正する方法が提案されている。例えば、特許文献１記載の定着装置は、定着ローラの変形を外部から補正するための補強部材を設け、定着ローラの外周に接するコロにより押さえて変形を制限している。また、特許文献２記載の記録装置は、搬送駆動ローラの回転軸の撓みを、圧電素子の伸縮により撓みを解消する方向からアクチュエータを当接して補正しながら、媒体を搬送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９６７７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２６０９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の例のようにローラの外部から力を加えて補正すると、微妙な調整が難しく回転を阻害することにもなりかねない。また、ローラ表面を損傷するおそれがあり、フィルムや紙などの被移送体を傷つけることも想定される。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、外部から力を加えることなく、自重と重力の作用等によってローラが湾曲するのを防止できるローラおよびローラ湾曲補正装置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】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明のローラは、中心軸回りに回転駆動されるローラであって、円筒形のローラ本体と、前記ローラ本体の中心軸方向の中央において、前記中心軸に対して主面が垂直になるように設けられ、扇形に区分され、厚み方向に変位する複数の変位領域を有する圧電板と、前記変位領域ごとに電圧を印加するためのリードと、を備え、前記圧電板は、前記変位領域の変位によりローラ本体の中心軸の湾曲を補正することを特徴としている。これにより、外部から力を加えることなく、自重と重力の作用等によってローラが湾曲するのを防止できる。
【０００８】
（２）また、本発明のローラは、前記変位領域が、前記圧電板全体の領域が円周方向に４等分されたものであることを特徴としている。これにより、印加電圧の刻みをより細かくし、電圧印加する変位領域をスムーズに切り替えられる。
【０００９】
（３）また、本発明のローラは、前記圧電板が、一方の主面に扇形に区分された電極を有し、他方の主面に全面のグランド電極を有することを特徴としている。このように電極の設計が容易であり、圧電板を容易に作製できる。
【００１０】
（４）また、本発明のローラは、前記ローラ本体が、前記中心軸の一端側の円筒部および他端側の円筒部とが前記圧電板を挟んで固着されていることを特徴としている。これにより、圧電板の変位をローラに反映させてローラの湾曲を補正できる。
【００１１】
（５）また、本発明のローラ湾曲補正装置は、上記のローラと、前記ローラの中心軸の湾曲を検出する変位計と、前記ローラの回転位置を検出するエンコーダと、前記検出されたローラの回転位置に応じて、前記検出された中心軸の湾曲を補正するように前記圧電板の各変位領域へ電圧を印加する印加電圧制御部と、を備えることを特徴としている。このように、変位計の検出結果がまた圧電体にフィードバックされ、印加電圧が最適値に落ち着くため、安定的に湾曲を補正できる。
【００１２】
（６）また、本発明のローラ湾曲補正装置は、前記ローラが、中心軸が水平になるように渡され、前記印加電圧制御部が、前記検出された回転位置において、鉛直下方側にある変位領域の厚みを小さくし、鉛直上方側にある変位領域の厚みを大きくすることを特徴としている。これにより、ローラの湾曲をリアルタイムで補正できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外部から力を加えることなく、自重と重力の作用等によってローラが湾曲するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のローラ湾曲補正装置の構成を示す図である。
【図２】本発明のローラ湾曲補正装置の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）それぞれ圧電板の構成の一例を示す平面図および側面図である。
【図４】圧電板のローラ本体への接合を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれ変位ダレ状態、中央をゼロ点にするよう補正した状態、全体の偏りを最小にするよう補正した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
（ローラ湾曲補正装置の構成）
図１は、ローラ湾曲補正装置１００の構成を示す図である。図２は、ローラ湾曲補正装置１００の構成を示すブロック図である。ローラ湾曲補正装置１００は、ローラ１０、変位計４、エンコーダ３、印加電圧制御部２を備えている。
【００１７】
ローラ１０は、円筒形に構成され、中心軸ｃ回りに回転駆動される。ローラ１０の回転によりフィルム、紙等の対象物が移送される。なお、ローラ１０は、その中心軸ｃが水平になるように渡されていることが好ましい。すなわち、ローラ湾曲補正装置１００は、長尺のローラが自重と重力の作用によって、湾曲することを防ぐのに適している。
【００１８】
中心軸ｃを水平にして用いない場合でもローラ１０の湾曲防止には有効であるが、重力を大きく超えるような外力による湾曲を補正する場合には圧電板１の負担が大きくなりすぎる場合も想定され適さない。なお、ローラの構成の詳細は後述する。
【００１９】
変位計４は、ローラ１０の中央部付近に設置され、ローラ１０の高さをモニタリングしている。例えばローラ１０の円筒面までの距離を測定することで、ローラ１０の中心軸ｃの湾曲を検出する。ローラ１０の表面との距離を検出することで、ローラ１０の高さ（左右、中央）を検出できる。変位計４として、距離計を用いることができる。
【００２０】
エンコーダ３は、ローラ１０の回転位置を検出する。検出された回転位置により、外力（例えば重力）の方向に対して上側と下側を区別し、それぞれの変位領域を変位させて湾曲を補正することが可能になる。
【００２１】
印加電圧制御部２は、理想的な中心軸ｃの位置を基準とし、エンコーダ３の信号と情報を掛け合わせて、圧電板１のどの変位領域にどれだけの電圧を印加するかを計算する。その結果、検出されたローラ１０の回転位置に応じて、検出された中心軸の湾曲を補正するように圧電板１の各変位領域へ電圧を印加する。
【００２２】
印加電圧制御部２は、検出された回転位置において、算出された値だけ鉛直下方側にある変位領域の厚みを小さくし、鉛直上方側にある変位領域の厚みを大きくすることが好ましい。これにより、ローラ１０の湾曲をリアルタイムで補正できる。
【００２３】
なお、印加電圧制御部２は、ローラ１０の位置に対して、補正電圧を印加するのが好ましい。ローラ１０の回転速度には基本的には関係なく、変位計４の検出値に対して圧電板１に電圧をかける。これにより、シンプルな構成でローラの湾曲防止が可能になる。
【００２４】
また、理想的な位置（ゼロ点）は、ローラ１０の左右の高さと同一高さもしくは、全体のローラ１０のうねりが最も少なくなる高さとするのが好ましい。圧電板１によって中央部が持ち上げられたローラ１０は、変位計によって、その結果が圧電板１への印加電圧にフィードバックされ、印加電圧が最適値に落ち着くため、安定的に湾曲を補正できる。
【００２５】
ローラ１０を通過する対象物が高温であった場合には、さらにローラ１０の湾曲を補正する要請が強くなる。ローラ１０は回転しているため、均等に熱は加わるものの、ローラ１０の熱膨張の微妙な違いによっても、ローラ１０の偏心が発生する。これらローラ１０の偏心は、回転時に振動となり、装置やローラ１０の寿命を低下させるばかりでなく、最悪の場合、ローラ１０の破壊を招くため、この偏心量をある一定量以下に制御する必要がある。
【００２６】
（ローラの構成）
ローラ１０は、ローラ本体１１、圧電板１およびリード１５を備えている。ローラ本体１１は、円筒形に形成されている。ローラ本体１１は、中心軸ｃの一端側の円筒部１１ａおよび他端側の円筒部１１ｂが圧電板を挟んで固着されて構成されている。これにより、圧電板１の変位をローラ１０に反映させてローラ１０の湾曲を補正できる。
【００２７】
ローラ本体１１は、鉄もしくはＳＵＳの中空芯金の左右に芯棒を溶接して作られる。また、ローラ本体１１の表面には、ウレタンなどの材質を塗布したライニングが施されていることが好ましい。自重による湾曲は長尺のローラ１０において顕著であるため、長尺で細いローラ（例えば長さ５ｍ超、直径２０ｃｍ以下）に対して特に本発明は有効である。また、長さ１０ｍ超え、重量数百ｋｇのローラであっても適用できる。
【００２８】
圧電板１は、例えばＰＺＴのような圧電材料で形成された圧電層の両主面にＡｇ等の電極を設けて構成されている。圧電板１は、円板として形成され、ローラ本体１１の中心軸ｃ方向の中央において、中心軸ｃに対して主面が垂直になるように設けられている。また、圧電板１は、扇形に区分され、厚み方向に変位する複数の変位領域を有する。上記の変位領域を形成するため、圧電板１は、一方の主面に扇形に区分された電極を有し、他方の主面に全面のＧＮＤ電極を有する。なお、圧電板１は、円板であることが好ましいが、多角形であってもよい。圧電板１の構成の詳細は後述する。
【００２９】
リード１５は、印加電圧制御部２と圧電板１とを電気的に接続しており、変位領域ごとに電圧を印加するために設けられている。４相の電圧を外部より加える場合、モータのブラシと同等の原理で、ローラ１０の軸のサイドにブラシを設けて、そこを経由して、分割電極に印加することができる。また、ＧＮＤ電極はベアリング経由で接続できる。
【００３０】
上記の方式では、例えば８相のように細かく電圧印加を制御する場合、ブラシが多くなるが、この場合には、印加電圧制御部２を軸中およびローラ内に設け、外部から印加電圧、エンコーダ信号、変位信号を供給すればよい。その場合にはＧＮＤを共通として３本の経路を設ければよいことになる。
【００３１】
（圧電板の構成）
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電板１の構成の一例を示す平面図および側面図である。図３に示す例では、圧電板１を一方の主面の電極を分割することで、変位領域をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つに分割している。一方の主面の電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して、他方の主面の電極Ｅは、ＧＮＤ電極として全面に設けられている。上記のの変位領域については、回転方向に対し、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順番で１回転するものとする。
【００３２】
ローラ１０が回転中にある瞬間はＡが鉛直上側に、Ｃが鉛直下側に位置している。その時点では、ローラ１０にはＡ側からＣ側に自重でわずかに曲がっている。回転が進み、Ｂが鉛直上側に来たときには、Ｄが鉛直下側に来て、自重でＤ側にわずかに曲がる。このようにして、順次自重によって、湾曲方向が変わっていく。したがって、これを補正するために電圧を印加する電極も変わってくる。
【００３３】
図３の圧電板１は、４つの変位領域について各々同じ方向に分極がなされている。ここで、Ａが鉛直上方側にあるときには、これをエンコーダで検知し、補正回路は、Ａに突っ張る方向に、電圧を印加し、Ａの前後にあるＢおよびＤにその約２分の１の電圧を印加する。この電圧の印加を順次ローラの位置に合わせて、→Ｂ→Ｃ→Ｄへと切り替えてゆく。また、よりスムーズな切り替えをするには、分割数や電圧の刻みをより細かく行うことで、達成できる。
【００３４】
圧電板１は、変位領域の変位によりローラ本体１１の中心軸ｃの湾曲を補正する。変位領域は、例えば圧電板全体の領域が円周方向に４等分されたものである。これにより、印加電圧の刻みをより細かくし、電圧印加する変位領域をスムーズに切り替えられる。そして、外部から力を加えることなく、自重と重力の作用等によってローラが湾曲するのを防止できる。
【００３５】
なお、変位領域は４等分が好ましいが、必ずしもこれに限られるわけではなく、３等分、５等分であってもよい。例えば、３等分の変位領域の場合であっても分割の切れ目の位置では、自ずと力が平衡して、変位は滑らかになると考えられる。その場合、３つの力ベクトルで常に上向きの力を発生させることができる。
【００３６】
（ローラの作製方法）
ローラ１０の作製方法について説明する。図４は、圧電板１のローラ本体１１への接合を示す図である。図４に示す方法は、圧電板１をローラ１０に固定する方法の一例である。
【００３７】
ローラ１０の中心軸ｃに沿って一端側、他端側を構成する円筒部１１ａ、１１ｂをそれぞれの端面を平坦に加工する。そして、それらで圧電板１を挟み、圧電板の外周側の複数のネジ穴２１にネジを螺合させることで２つの円筒部１１ａ、１１ｂを固定する。ネジは円筒部１１ａ、１１ｂのいずれか一方に空けた差し込み穴から差し込み、締めることができる。ただし、固定が強すぎると、ローラ１０が動かなくなるので、バネワッシャを入れて押し付け圧を管理することが好ましい。
【００３８】
また、ローラ１０が軽量または軽トルクであれば、中心部にネジ１本で接着してもよいし、もしくは、ネジを付けずに接着剤により圧電板１と円筒部１１ａ、１１ｂとを接着してもよい。なお、圧電板１の位置は、ローラ１０の長手方向中央であることが好ましい。自重による歪を補正する場合、中央で補正するのが、最も効率がよいためである。
【００３９】
（印加電圧の制御方法）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ変位ダレ状態、中央をゼロ点にするよう補正した状態、全体の偏りを最小にするよう補正した状態を示す斜視図である。
【００４０】
図５（ａ）に示すようなローラ１０のダレ量を事前に計測しておき、そこにダレ量を補正した場合の位置をゼロ点としておき、補正することで図５（ｂ）に示すような中央部分の変位をゼロにする補正が可能になる。また、ローラの中央の変位以外に中心軸ｃ方向の両端側の変位をそれぞれ計測し全体の偏りを最小とするよう制御することで図５（ｃ）に示すような補正が可能になる。
【符号の説明】
【００４１】
１  圧電板
２  印加電圧制御部
３  エンコーダ
４  変位計
１０  ローラ
１１  ローラ本体
１１ａ、１１ｂ  円筒部
１５  リード
２１  ネジ穴
１００  ローラ湾曲補正装置
ｃ  中心軸
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  変位領域
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  （変位領域に相当する）電極
Ｅ  ＧＮＤ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015010637.tif 000005
【図４】
2015010637.tif 000006
【図５】
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