JP5810133B2 - バネ及びローラ - Google Patents

Description

本発明は、バネ及びローラに関する。

従来、複数のシートを積層するとともに、シート間を接着して一体化することにより、所望の厚さ、形状の製品を製造する装置が知られている。このような装置においては、積層したシートを所定の荷重で押圧（加圧）して所望の接着強度を得るべく、積層したシートを加圧するローラが用いられる。このようなローラとしては、ウレタン樹脂等の円筒状のローラ本体をシャフトで支持した構造のものが一般的である。

ところで、製造する製品によっては積層するシートに厚さの分布があり、したがって加圧面が凹凸形状になっている場合がある。このように加圧面が凹凸形状になっている場合、円筒状のロータ本体が比較的硬質であると、凹凸形状に応じて加圧むらが生じてしまう。すなわち、凹部に対しては当たりが弱くなるため加圧力が低くなるのに対し、凸部に対しては当たりが強くなるため加圧力が高くなる。したがって、結果的に凹部と凸部との間で加圧むらに起因して接着強度にバラツキが生じてしまう。

一方、円筒状のロータ本体が比較的軟質であると、使用の初期においては凹凸形状による加圧むらをある程度解消できるものの、ロータ本体が経時的に変形するため、積層シートの凹凸形状がロータ本体側に転写されてしまう。すると、ロータ本体の使用初期とそれ以降とで得られる積層シート間に接着のバラツキが生じてしまう。

このような凹凸に起因する接着強度のバラツキを抑制するため、例えば円筒状のローラ本体を有するローラに代えて、特許文献１の図１〜図５に開示されているような、複数枚の薄肉円板状（円環板状）のローラー分割体をローラー軸に沿って重ね合わせた状態で列設して円筒状のローラー本体とした、押さえローラを用いることが考えられる。すなわち、ローラー分割体をそれぞれ独立して変位できるように構成し、これによって積層シートの凹部と凸部とをそれぞれ異なるローラー分割体で独立して加圧することにより、凹部と凸部との間で接着強度のバラツキが生じるのを防止することが考えられる。

特開２０１１−３７０５９号公報

ところが、積層シートのシート間を良好に接着するためには、接着部に所望の荷重を付加するべく、積層シートの上面を加圧する必要がある。このように加圧する（荷重を付加する）ためには、例えば個々のローラー分割体が積層シートの上面、すなわちその凹凸に対し良好に追従して変位するともに、その変位量に応じた応力（荷重）が積層シートの上面に加えられるように構成する必要がある。

このような構成を実現するためには、例えばローラー分割体に適宜な弾性体を組み込み、ローラー分割体を独立して弾性変形可能にするとともに、ローラー分割体をその全方向において荷重特性（所定量変位させられたときの応力）が同じになるようにすることが考えられる。しかし、このような弾性体は提供されていないのが現状である。

すなわち、ローラー分割体は積層シートが移送されることでこの積層シートの移送に連動して回転する。したがって、前記弾性体として一般的なコイルバネを用いた場合、ローラー分割体が回転することで積層シートに対向するコイルバネの向きも変化する。そのため、ローラー分割体の荷重特性がその時々で変化し、これによって積層シートに対する加圧力にバラツキが生じてしまう。これは、コイルバネは螺旋状に巻かれているため、その変位量に応じた応力（荷重）、つまり荷重特性がその方向毎に異なるためである。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、例えば凹凸を有する積層シートを均一に接着できるようにしたローラと、このローラを実現可能にするバネを提供することにある。

本発明のバネは、複数のコイルバネ部が同軸上に重ねられて形成された円形状のバネであって、半径方向外方から中心方向に向けて所定量変位させられたときの応力が、前記バネの全方向において略均一になるように、前記複数のコイルバネ部が互いに対称的に形成されて同軸上に重ねられていることを特徴とする。

本発明のローラは、円環板と該円環板の一方の面に設けられた円筒部とを有するリングと、該リングの前記円筒部内に収容され固定された前記のバネとを有するローラ環と、前記ローラ環を複数重ねて整列させた状態に支持するシャフトと、を備え、前記バネには、前記シャフトに外挿して該シャフトに支持される孔部が設けられ、前記円環板は、前記シャフトを挿通するための内部孔の内径が、前記バネの前記孔部の内径より大きく形成されていることにより、前記シャフトに接することなく前記バネを介して前記シャフトに支持されていることを特徴とする。

本発明のバネによれば、半径方向外方から中心方向に向けて所定量変位させられたときの応力が、その全方向において略均一になるように、複数のコイルバネ部が互いに対称的に形成されて同軸上に重ねられているので、例えばこれの外周の一方向を作用点として機能させた場合に、このバネが周方向に回転しても、作用点ではここが変位させられたときの応力、すなわち荷重特性が常に略一定になる。

本発明のローラによれば、リング内に前記のバネを収容固定してローラ環を形成しているので、シャフトに整列した状態で支持された複数のローラ環は、前記バネによってそれぞれ独立して弾性変形可能になるとともに、その全方向において荷重特性が同じになる。したがって、本発明のローラは、例えば凹凸を有する積層シートに対し、ローラ環をそれぞれ独立して凹凸に追従させることにより、積層シートを均一に接着することができる。
また、前記のバネにあっては、このように凹凸を有する積層シートを均一に接着できるようにしたローラを、実現させることができる。

（ａ）は本発明に係るバネの一実施形態を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）はコイルバネ部を示す平面図である。 本発明に係るローラの一実施形態を示す正面図である。 （ａ）、（ｂ）は、ローラ環の分解斜視図である。 ローラの使用形態を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明のバネ及びローラを詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
［バネ］
図１（ａ）は、本発明に係るバネの一実施形態を示す平面図であり、図１中符号１はバネである。このバネ１は、本実施形態では二つのコイルバネ部２ａ、２ｂが同軸上に重ねられた状態で連続して形成された、円形状のものである。ただし、このバネ１の両端部、すなわちコイルバネ部２ａ、２ｂのそれぞれその端部には、後述するローラのリングに固定される係止部３ａ、３ｂが、バネ１が形成する円形から突出して形成されている。

コイルバネ部２ａは、図１（ｂ）に示すようにステンレス等の金属製の線材が螺旋状に巻かれたコイルバネであり、外周側の端部に前記の係止部３ａが、コイルバネの巻き方向から反転するように折り曲げられて形成されている。
一方、コイルバネ部２ｂは、図１（ｃ）に示すように図１（ｂ）に示したコイルバネ部２ａを反転した対称的な形状、すなわち面対称の形状に形成されている。
なお、これらコイルバネ部２ａ、２ｂは、線径が例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度に形成されている。

そして、これらコイルバネ部２ａ、２ｂは、それぞれの内周側端部が連続して形成されていることにより、図１（ａ）に示すように中心部に円形の孔部４を有する円形状のバネ１を構成している。孔部４は、後述するローラのシャフト１１が挿通される部位であり、線材（コイルバネ部）が二重に巻かれることでその外周部が形成されている。これによって孔部４を形成する外周部は、他の部位に比べて強度及び締め付け力が高められ、図１（ａ）中二点鎖線で示すシャフト１１に外挿してこれに連れ廻りするようになっている。ただし、シャフト１１に対してある程度スリップすることは許容されている。

また、このように面対称に形成されたコイルバネ部２ａとコイルバネ部２ｂとは、互いに反転した形状に形成され、さらに互いの荷重特性の和が、全方向において均一になるように同軸上に重ねられている。すなわち、孔部４を通るシャフト１１の中心軸上に重ねられている。ここで、荷重特性とは、本発明ではバネ１（コイルバネ２ａ、コイルバネ２ｂ）の半径方向外方から中心方向に向けて所定量変位させられたときの、バネ１（コイルバネ２ａ、コイルバネ２ｂ）の応力（荷重）をいう。

本実施形態では図１（ｂ）に示したコイルバネ部２ａに対し、面対称に形成された図１（ｃ）に示すコイルバネ部２ｂが、面対称な状態を維持したまま同軸上に重ね合わされている。これにより、バネ１においてコイルバネ２ａの荷重特性が低い方向には逆にコイルバネ２ｂの荷重特性が高い方向が重ねられ、また、コイルバネ２ａの荷重特性が高い方向には逆にコイルバネ２ｂの荷重特性が低い方向が重ねられることにより、バネ１は、その全方向において荷重特性が略均一に構成されている。

つまり、コイルバネ２ａの荷重特性（応力）がＡであり、コイルバネ２ｂの荷重特性（応力）がＢであるとすると、バネ１の荷重特性Ｃは（Ａ＋Ｂ）で表される。コイルバネ２ａ、コイルバネ２ｂは螺旋状に巻かれているため、その方向毎に荷重特性Ａ、Ｂが異なる。しかし、これらコイルバネ２ａ、２ｂを面対称に形成し、かつ面対称の状態を維持したまま重ね合わせることにより、バネ１の荷重特性Ｃは、コイルバネ２ａの荷重特性Ａとコイルバネ２ｂの荷重特性Ｂとの和に等しくなるとともに、その全方向において略均一になる。すなわち、コイルバネ２ａの荷重特性Ａとコイルバネ２ｂの荷重特性Ｂとの和が、その全方向において一定になるようにコイルバネ２ａ、コイルバネ２ｂを設計することにより、バネ１の全方向において、荷重特性をＣ＝Ａ＋Ｂとすることができる。

なお、本実施形態では、コイルバネ２ａとコイルバネ２ｂとを、それぞれの係止部３ａ、３ｂが中心から約２０°開いて配置されるように、これらを連続して重ね合わせ、バネ１としている。

このようなバネ１によれば、荷重特性がその全方向において略均一になるように、一対のコイルバネ部２ａ、２ｂがそれぞれ面対称に形成されて同軸上に重ねられているので、これの外周の一方向を作用点として機能させた場合に、このバネ１が周方向に回転しても、作用点では荷重特性が常に略一定になる。

［ローラ］
図２は、本発明に係るローラの一実施形態を示す正面図であり、図２中符号１０はローラである。このローラ１０は、シャフト１１と、このシャフト１１に外挿した複数のローラ環１２とを備えて構成されたもので、本実施形態では積層シートの上面を加圧する加圧ローラとして用いられる。

ローラ環１２は円環板状のもので、このローラ環１２が複数枚（本実施形態では３４枚）シャフト１１に外挿されている。すなわち、複数枚のローラ環１２が、重ねられ整列させられた状態で、シャフト１１に支持されている。これらローラ環１２の両側には、それぞれシャフトホルダ１３、ストッパー１４が配置されており、これらシャフトホルダ１３、ストッパー１４は内側からこの順にシャフト１１に外挿されている。

シャフトホルダ１３内には、シャフト１１を支持するベアリング（図示せず）が収容されている。そして、複数ローラ環１２、およびこれらの両側に配置されたシャフトホルダ１３、１３は、さらにその外側に配置されたストッパー１４、１４により、シャフト１１から抜けでないようにシャフト１１に保持されている。なお、隣り合うローラ環１２、１２間には僅かながら隙間が設けられており、これによって全てのローラ環１２は、シャフト１１の軸方向と直交する方向に独立して変位可能になっている。

ローラ環１２は、その分解斜視図である図３（ａ）に示すように、リング１５とこれに収容された前記バネ１とを有して形成されている。リング１５は、円環板１６と該円環板１６の一方の面に一体に形成された円筒部１７とを有して形成されている。円環板１６は、その内部孔１６ａにシャフト１１が挿通されるようになっている。ただし、この内部孔１６ａは、シャフト１１の外径より充分に大きく、したがってシャフト１１に外挿してこれに保持される前記バネ１の孔部４の内径より充分に大きく形成されている。

円筒部１７は、その内径が前記バネ１の外径（係止部３ａ、３ｂを除く）にほぼ一致して形成されたもので、その一方の側の内周部に二つの係止凹部１７ａ、１７ａを形成している。これら係止凹部１７ａ、１７ａは、図１（ａ）に示したバネ１の係止部３ａ、３ｂに対応して形成されたもので、円筒部１７の内周縁から半径方向外方に延び、その後湾曲して周方向に延びる溝状のものである。また、これら係止凹部１７ａ、１７ａは、円筒部１７の中心から約９０°開いて配置されている。

このような構成によってバネ１は、円筒部１７内に収容され、かつ係止部３ａ、３ｂ間が拡げられてそれぞれ係止凹部１７ａに嵌め込まれて係止させられることにより、リング１５内に固定されている。すなわち、バネ１は円筒部１７内に固定された状態で円環板１６に保持されている。その際、バネ１はその孔部４が円環板１６の内部孔１６ａ内に臨んで配置されている。

なお、本実施形態では、図２において整列したローラ環１２…における最も右側に位置するローラ環１２ａは、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示した構成のローラ環１２に対して、円環板状の蓋部材１８が加えられている。このローラ環１２ａ以外のローラ環１２では、円筒部１７の一方の側（図３（ａ）中左側）は円環板１６によって閉塞されているものの、他方の側（図３（ａ）中右側）は開放されている。しかし、これらローラ環１２には、その開放されている側が隣り合うローラ環１２の円環板１６によって実質的に閉塞されている。したがって、不測の外力が働いても、リング１５からバネ１が脱落することが防止されている。

ところが、図２に示したローラ環１２ａは、その右側にローラ環１２が配置されていない。そこで、図３（ｂ）に示したように、図３（ａ）に示した構成とほぼ同様のローラ環に対して、円筒部１７の他方の側（右側）に略円環板状の蓋部材１８が嵌め込まれ、固定されるようになっている。この蓋部材１８も、円環板と円筒部とを有して構成されたもので、円環板にはローラ環１２の円環板１６の内部孔１６ａと同じ内径の内部孔１８ａが形成されている。また、この蓋部材１８の円筒部には、前記バネ１の係止部３ａ、３ｂの一部、すなわち半径方向に延びる部位に対応して、溝部１８ｂが形成されている。

また、このローラ環１２ａでは、蓋部材１８を嵌合させるためリング１５の外周側に嵌合溝１９が形成されており、この嵌合溝１９に蓋部材１８の円筒部が嵌合させられている。嵌合溝１９は、円筒部１７ｂとこれの内側に形成された内筒部１７ｃとの間に形成されている。内筒部１７ｃには、前記バネ１の係止部３ａ、３ｂの一部、すなわち半径方向に延びる部位に対応して、溝部１７ｄが形成されている。また、嵌合溝１９内には、前記係止部３ａ、３ｂに係止する係止凹部（図示せず）が形成されている。
このような構成によってローラ環１２ａは、円筒部１７の一方の側を円環板１６で閉塞し、他方の側を蓋部材１８で閉塞するとともに、これら円環板１６と蓋部材１８との間にバネ１を保持し、かつ、円筒部１７および蓋部材１８によってバネ１を固定している。

このような複数枚のローラ環１２に対して、そのバネ１の孔部４及び円環板１６の内部孔１６ａ、蓋部材１８の内部孔１８ａに、シャフト１１が挿通している。その際、シャフト１１は、図１（ａ）に示したように各ローラ環１２のバネ１の孔部４に挿通することにより、該バネ１を保持固定している。一方、円環板１６や蓋部材１８に対しては、その内部孔１６ａ、１８ａの内径がシャフト１１の外径より充分に大きいことから、これらから離間している。

したがって、ローラ環１２においてその円環板１６や蓋部材１８は、シャフト１１に接することなく、バネ１を介してシャフト１１に支持されている。すなわち、ローラ環１２は、その円環板１６や蓋部材１８がシャフト１１に直接接触しないため、バネ１の弾性変形に応じてシャフト１１の長さ方向と直交する方向に３６０°変位可能になっている。

次に、このような構成のローラ１０の使用形態について、図４を参照して説明する。
図４において符号２０は積層シート２０であり、この積層シート２０は、樹脂やゴム等からなる複数枚のシート２１…を積層したものである。なお、これらシート２１、２１間には、接着剤（図示せず）が配されている。また、本例では、積層シート２０の最上層のシート２１に、凹部２２および凸部２３が形成されており、したがって積層シート２０の被加圧面は凹凸形状となっている。

このような積層シート２０に対し、ローラ１０は図示しない軸受けに保持固定されている。その際、ローラ１０は、個々のローラ環１２が前述したように独立してシャフト１１の軸方向と直交する方向に変位可能になっていることから、積層シート２０に対するシャフト１１の位置は固定されていてよい。したがって、軸受けにダンパー等を設けることなく、シャフト１１を軸受けに固定することができる。

ただし、積層シート２０に対するシャフト１１の位置は、積層シート２０に対してローラ１０が適正に加圧できるように、予め設定されている。また、各ローラ環１２に収容固定されたバネ１も、その荷重特性が積層シート２０に対して適正に加圧できるように、予め設定されている。

このように配置されたローラ１０に対して、積層シート２０は図４中の紙面に直交する方向に、ローラコンベア等の移送手段によって移送させられる。その際、積層シート２０の上面がローラ１０の各ローラ環１２に接するように移送される。したがって、ローラ１０は、各ローラ環１２が積層シート２０に接することで押し上げられ、かつ、積層シート２０の移送に連動して回転する。

そして、各ローラ環１２は、積層シート２０に接することでそれぞれ独立して押し上げられ、変位する。その際、リング１５はシャフト１１に拘束されることなく変位する。一方、バネ１はその孔部４が固定配置されたシャフト１１に固定されていることにより、その外周部がリング１５の円筒部１７の変位に伴われて弾性変形により変位する。

これにより、バネ１は弾性変形により変位した量に対応して荷重特性を発揮する。すなわち、その半径方向外方から中心方向に向けて変位させられることにより、変位量に応じた応力（荷重）を生じる。したがって、各ローラ環１２は積層シート２０の上面の凹凸形状に応じて押し上げられ、その押し上げ量（変位量）に応じてバネ１により積層シート２０の上面を加圧する。すなわち、凹部２２に対しては比較的低い圧で加圧し、凸部２３に対しては比較的高い圧で加圧する。

また、積層シート２０の移送に連動して、ローラ環１２はそれぞれ回転する。したがって、ローラ環１２が直接積層シート２０の上面を加圧する作用点は、その時々で変化する。つまり、実質的に加圧を行うバネ１の作用点も、その時々で変化する。しかし、バネ１は、前述したように荷重特性がその全方向において略均一になるように構成されているので、バネ１が周方向に回転しても、その作用点では荷重特性が常に略一定になる。

したがって、本実施形態のローラ１０によれば、ローラ環１２が積層シート２０の移送に連動して回転し、ローラ環１２の作用点（バネ１の作用点）が変化しても、バネ１の荷重特性がその全方向において略均一になっているので、常に設定された荷重特性で加圧を行うことができ、したがって積層シート２０の経時的な接着力のバラツキを防止することができる。

また、複数のローラ環１２を、バネ１によってそれぞれ独立して弾性変形可能に構成するとともに、その全方向において荷重特性を略均一にしているので、凹凸を有する積層シート２０に対し、ローラ環１２をそれぞれ独立して凹凸に追従させることができ、したがって積層シート２０を均一に接着することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態のバネ１では二つのコイルバネ部２ａ、２ｂを連続させて形成したが、これらを連続させることなく、不連続に形成し、単に同軸上に重ねて配置するだけでもよい。
また、前記実施形態のバネ１では、二つのコイルバネ部２ａ、２ｂを面対称に形成したが、三つ以上のコイルバネ部を例えば点対称となるように形成配置することにより、荷重特性が全方向において略均一になるバネとしてもよい。

また、前記実施形態のローラ１０では、全てのローラ環１２について、収容固定するバネ１の荷重特性を同じにしてもよく、あるいは、積層シート２０の凹凸形状や材質等に応じて、異なるローラ環１２間でバネ１の荷重特性を異ならせてもよい。
さらに、前記実施形態のローラ１０では全てのローラ環１２を同じ外径に形成しているが、積層シート２０の凹凸形状や材質等に応じて、異なるローラ環１２間でその外径を異ならせてもよい。

１…バネ、２ａ、２ｂ…コイルバネ、４…孔部、１０…ローラ、１１…シャフト、１２…ローラ環、１５…リング、１６…円環板、１６ａ…内部孔、１７…円筒部、２０…積層シート、２１…シート

Claims (3)

1. 複数のコイルバネ部が同軸上に重ねられて形成された円形状のバネであって、
   半径方向外方から中心方向に向けて所定量変位させられたときの応力が、前記バネの全方向において略均一になるように、前記複数のコイルバネ部が互いに対称的に形成されて同軸上に重ねられており、かつ前記複数のコイルバネ部は線材が螺旋状に巻かれたコイルバネであることを特徴とするバネ。
2. 前記複数のコイルバネ部は、１つの線材によって連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバネ。
3. 円環板と該円環板の一方の面に設けられた円筒部とを有するリングと、該リングの前記円筒部内に収容され固定された請求項１または２に記載のバネとを有するローラ環と、
   前記ローラ環を複数重ねて整列させた状態に支持するシャフトと、を備え、
   前記バネには、前記シャフトに外挿して該シャフトに支持される孔部が設けられ、
   前記円環板は、前記シャフトを挿通するための内部孔の内径が、前記バネの前記孔部の内径より大きく形成されていることにより、前記シャフトに接することなく前記バネを介して前記シャフトに支持されていることを特徴とするローラ。

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