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JP7193257B2 - Method for manufacturing roll supporting device - Google Patents
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Description

本発明は、ロールの支持装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a roll supporting device.

従来、ウエブなどを搬送するロールを回転自在に支持する場合には、ロールの左右両端から突出した回転軸を、左右一対のボールベアリングで支持している。 Conventionally, when a roll for conveying a web is rotatably supported, a rotating shaft projecting from both left and right ends of the roll is supported by a pair of left and right ball bearings.

特開2010-1437212号公報JP 2010-1437212 A

しかし、上記のようなロールの回転軸をボールベアリングで受ける構造であると、ボールベアリングで回転抵抗が発生し、メンテナンスが必要となると共に、高温下で使用するときは回転が妨げられる。そのため、ボールベアリングに代えて、永久磁石よりなる軸受で回転軸を支持する構造が考えられるが、この軸受でウエブの張力の変動を吸収しないため、走行するウエブの安定性に欠けるという問題点があった。 However, in the structure where the rotating shaft of the roll is supported by the ball bearings as described above, the ball bearings generate rotational resistance, requiring maintenance and hindering rotation when used at high temperatures. Therefore, instead of ball bearings, a structure in which the rotating shaft is supported by bearings made of permanent magnets is conceivable. there were.

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、永久磁石よりなるラジアル軸受において、ウエブの張力の変動を吸収できるロールの支持装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a roll supporting device capable of absorbing fluctuations in tension of a web in a radial bearing made of permanent magnets.

本発明は、走行するウエブを抱えて水平に支持され、他動で回転するロールと、前記ロールの左右両端から突出した左右一対の回転軸と、左右一対の前記回転軸の径方向の荷重を受ける左右一対のラジアル軸受と、左右一対の前記回転軸の軸方向の荷重を受ける左右一対のスラスト軸受と、を有し、前記ラジアル軸受は、前記回転軸に取り付けられた永久磁石よりなる内輪と、前記内輪の外周に隙間を開けて配され、前記内輪の厚みと同じである永久磁石よりなる外輪と、を有するロールの支持装置の製造方法であって、前記ロールの質量m、前記ウエブの張力T、前記ウエブの抱角2θ、前記内輪と前記外輪の磁束密度B、前記内輪と前記外輪の軸方向の長さLを入力し、前記質量m、前記張力T、前記抱角2θから一つの前記ラジアル軸受にかかる荷重FKを求め、前記ロールの固有振動数frが前記ウエブの張力変動周波数ftの所定の範囲内であるとしたときの、前記外輪と前記内輪の隙間の寸法tを、前記張力変動周波数ftから求め、前記寸法tから前記回転軸の中心の移動量Δyを求め、前記長さL、前記内輪の内径r4、前記移動量Δy、前記外輪の外径r1、前記磁束密度Bから一つの前記ラジアル軸受における前記内輪と前記外輪との間の支持磁力FPを計算するものであり、前記支持磁力FPと前記荷重FKが等しくなるまで、前記外輪の外径r1を順番に大きくして前記支持磁力FPの計算を繰り返し、前記支持磁力FPと前記荷重FKが等しくなったときの前記外輪の外径r1を最適な外径r1とする、ロールの支持装置の製造方法である。 The present invention comprises a roll that holds a running web and is horizontally supported and rotates passively, a pair of left and right rotating shafts projecting from both left and right ends of the roll, and a radial load of the pair of left and right rotating shafts. and a pair of left and right thrust bearings for receiving the axial load of the pair of left and right rotating shafts. The radial bearings include an inner ring made of a permanent magnet attached to the rotating shaft. and an outer ring made of permanent magnets having the same thickness as the inner ring, the outer ring being spaced apart from the outer circumference of the inner ring, wherein the mass of the roll is m, the thickness of the web is The tension T, the angle 2θ of the web, the magnetic flux density B of the inner ring and the outer ring, and the axial length L of the inner ring and the outer ring are inputted. The load FK applied to the two radial bearings is obtained, and the dimension t of the gap between the outer ring and the inner ring when the natural frequency fr of the roll is within a predetermined range of the tension fluctuation frequency ft of the web is Obtained from the tension fluctuation frequency ft, the amount of movement Δy of the center of the rotating shaft is obtained from the dimension t, the length L, the inner diameter r4 of the inner ring, the amount of movement Δy, the outer diameter r1 of the outer ring, and the magnetic flux density. The supporting magnetic force FP between the inner ring and the outer ring in one radial bearing is calculated from B, and the outer diameter r1 of the outer ring is increased in order until the supporting magnetic force FP and the load FK become equal. and repeating the calculation of the supporting magnetic force FP, and setting the outer diameter r1 of the outer ring when the supporting magnetic force FP and the load FK become equal to the optimum outer diameter r1.

本発明によれば、前記ロールの固有振動数frが前記ウエブの張力変動周波数ftの所定の範囲内であるとしたときの、前記外輪と前記内輪の隙間の寸法tを、前記張力変動周波数ftから求め、前記内輪の厚みと前記外輪の厚みが同じであり、前記質量m、前記張力T、前記抱角2θ、前記磁束密度B、前記長さL、前記内径r4、求めた前記隙間の寸法tと、前記外輪の外径r1をパラメータとして、一つの前記ラジアル軸受における前記内輪と前記外輪との間の支持磁力を求め、前記支持磁力が前記ラジアル軸受に係る荷重と等しくなったときの前記外輪の外径r1を求め、この外径r1であればウエブの張力の変動を吸収できる。 According to the present invention, when the natural frequency fr of the roll is within a predetermined range of the tension fluctuation frequency ft of the web, the dimension t of the gap between the outer ring and the inner ring is defined by the tension fluctuation frequency ft The thickness of the inner ring and the thickness of the outer ring are the same, and the mass m, the tension T, the embrace angle 2θ, the magnetic flux density B, the length L, the inner diameter r4, the obtained gap dimension Using t and the outer diameter r1 of the outer ring as parameters, the supporting magnetic force between the inner ring and the outer ring in one of the radial bearings is obtained, and the supporting magnetic force is equal to the load applied to the radial bearing. The outer diameter r1 of the outer ring is determined, and this outer diameter r1 can absorb the fluctuations in the tension of the web.

本発明の一実施形態を示すロールの支持装置の説明図である。1 is an explanatory diagram of a roll supporting device showing an embodiment of the present invention; FIG. 回転軸を受ける部分のラジアル軸受とスラスト軸受の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a radial bearing and a thrust bearing of a portion that receives a rotating shaft; ロールがウエブを抱き抱えて回転する状態の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a state in which the roll embraces the web and rotates; (a)は、ラジアル軸受の正面図であり、(b)はラジアル軸受の軸方向の縦断面図である。(a) is a front view of a radial bearing, and (b) is an axial longitudinal sectional view of the radial bearing. ラジアル軸受の仮想内磁石acと仮想外磁石bdの斜視図である。4 is a perspective view of virtual inner magnets ac and virtual outer magnets bd of the radial bearing; FIG. 仮想内磁石acと仮想外磁石bdの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a virtual inner magnet ac and a virtual outer magnet bd; 外輪の最小の外径r1を求めるためのフローチャートである。4 is a flow chart for obtaining the minimum outer diameter r1 of the outer ring.

以下、本発明の一実施形態のロール1の支持装置10について図1~図7を参照して説明する。このロール1は、長尺状のウエブWを抱え、ウエブWの搬送力により回転する他動であって、ウエブWとしては例えば、フィルム、金属箔、メッシュ状の金属、布、紙である。 A supporting device 10 for a roll 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7. FIG. The roll 1 holds a long web W and is passively rotated by the conveying force of the web W. Examples of the web W include film, metal foil, mesh-like metal, cloth, and paper.

(1)支持装置10の構成
支持装置10の構成について図1を参照して説明する。
(1) Configuration of Support Device 10 The configuration of the support device 10 will be described with reference to FIG.

支持装置10は、基台12の上面に左右一対の支持脚14,14が立設されている。左右一対の支持脚14,14の間には、ロール1が回転自在に水平に支持されている。ロール1としては、金属よりなる金属ロール、表面がゴムで形成されたゴムロールなどである。このロール1の左右両端部から左右一対の回転軸16,16が突出している。 The support device 10 has a pair of left and right support legs 14 , 14 erected on the upper surface of a base 12 . A roll 1 is rotatably supported horizontally between a pair of left and right support legs 14 , 14 . Examples of the roll 1 include a metal roll made of metal and a rubber roll whose surface is made of rubber. A pair of left and right rotating shafts 16 , 16 protrude from both left and right ends of the roll 1 .

ロール1と支持脚14には、回転軸16の径方向の荷重を受けるラジアル軸受18と回転軸16の軸方向の荷重を受けるスラスト軸受20が設けられている。 The roll 1 and the support leg 14 are provided with a radial bearing 18 that receives the load in the radial direction of the rotating shaft 16 and a thrust bearing 20 that receives the load in the axial direction of the rotating shaft 16 .

(2)ラジアル軸受18
次に、ラジアル軸受18について、図2を参照して説明する。ラジアル軸受18は、内輪22と外輪24から構成される。内輪22は、回転軸16の端部外周に設けられ、リング状のネオジム磁石よりなる。外輪24は、支持脚14に固定され、リング状のネオジム磁石よりなり、内輪22の外周に一定の間隔を開けて配さている。
(2) Radial bearing 18
Next, the radial bearing 18 will be described with reference to FIG. The radial bearing 18 is composed of an inner ring 22 and an outer ring 24 . The inner ring 22 is provided on the outer circumference of the end portion of the rotating shaft 16 and is made of a ring-shaped neodymium magnet. The outer ring 24 is fixed to the support leg 14, is made of a ring-shaped neodymium magnet, and is arranged around the outer circumference of the inner ring 22 at regular intervals.

内輪22のネオジム磁石の外周面と、外輪24のネオジム磁石の内周面とは互いに反発するように、図2に示すように同じ位置においては同じ極、すなわち、N極にはN極、S極にはS極が対応するように配されている。これにより、内輪22に対し外輪24がその中心で、浮いた状態となり、回転軸16の径方向に対し回転自在に支持できる。 The outer peripheral surface of the neodymium magnet of the inner ring 22 and the inner peripheral surface of the neodymium magnet of the outer ring 24 have the same poles at the same positions as shown in FIG. S poles are arranged to correspond to the poles. As a result, the outer ring 24 is in a floating state with respect to the inner ring 22 at its center, and can be rotatably supported in the radial direction of the rotating shaft 16 .

なお、「ネオジム磁石」とは、ネオジム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類磁石の1つであり、ネオジウム磁石とも呼ばれている。 A "neodymium magnet" is one of rare earth magnets containing neodymium, iron, and boron as main components, and is also called a neodymium magnet.

(3)スラスト軸受20
次に、スラスト軸受20について、図2を参照して説明する。スラスト軸受20は、軸端部26と受け板30から構成される。
(3) Thrust bearing 20
Next, the thrust bearing 20 will be described with reference to FIG. The thrust bearing 20 is composed of a shaft end portion 26 and a receiving plate 30 .

軸端部26は、円柱状であり、回転軸16の端部から突出している。軸端部26の先端形状は半球型であり、最も盛り上がった位置に球体よりなる第1宝石のルビー28が一部埋設されている。 The shaft end portion 26 is cylindrical and protrudes from the end portion of the rotating shaft 16 . The tip of the shaft end portion 26 is hemispherical, and a ruby 28 of a spherical first jewel is partly embedded at the highest position.

受け板30は、軸端部26のルビー28の位置に対応した支持脚14の内部の固定部32に設けられている。受け板30は、回転軸16の軸方向を法線方向とした円板状であり、第2宝石であるサファイヤより構成されている。軸端部26のルビー28とサファイヤよりなる受け板30によって、回転軸16の軸方向の荷重を受ける。 The receiving plate 30 is provided on a fixed portion 32 inside the support leg 14 corresponding to the position of the ruby 28 on the shaft end portion 26 . The receiving plate 30 is disc-shaped with the axial direction of the rotating shaft 16 as its normal direction, and is made of sapphire, which is the second jewel. A bearing plate 30 made of ruby 28 and sapphire at the shaft end 26 receives the axial load of the rotating shaft 16 .

受け板30のサイズは、内輪22が外輪24の内側で動く動作範囲よりも大きなサイズである。これによりロール1の軸端部26が、サファイヤよりなる受け板30から脱落するのを防ぐことができる。 The size of the backing plate 30 is larger than the range of motion in which the inner ring 22 moves inside the outer ring 24 . As a result, the axial end portion 26 of the roll 1 can be prevented from falling off the receiving plate 30 made of sapphire.

なお、第1宝石と第2宝石は、天然の宝石に限らず人工の宝石も含む意味であり、天然宝石、処理宝石、合成宝石、人造宝石をも含む意味である。 The first gem and the second gem mean not only natural gem but also artificial gem, including natural gem, treated gem, synthetic gem, and artificial gem.

(4)支持装置10の動作状態
支持装置10の動作状態について図1~図3を参照して説明する。ロール1は、図3に示すように、ウエブWの搬送する力によって他動で回転する。このときロール1の回転軸16の径方向は、ラジアル軸受18によって回転自在に支持されている。ラジアル軸受18では、永久磁石であるネオジム磁石よりなる内輪22と外輪24とが、一定の隙間を開けて設けられているため、外輪24の内周部で、内輪22が磁力によって反発し、浮いた状態で回転する。なお、ロール1によるウエブWの抱角θは、ラジアル軸受18におけるネオジム磁石の磁力によって決まる。すなわち、この抱角θが大きくなると、ラジアル軸受18における径方向の荷重が大きくなる磁力が強いほどよく、θとしては、0°<θ<=30°、好適には20°がよい。
(4) Operating State of Support Device 10 The operating state of the support device 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. As shown in FIG. 3, the roll 1 is passively rotated by the force that the web W conveys. At this time, the radial direction of the rotation shaft 16 of the roll 1 is rotatably supported by the radial bearing 18 . In the radial bearing 18, the inner ring 22 and the outer ring 24 made of neodymium magnets, which are permanent magnets, are provided with a certain gap therebetween. Rotate in the The embrace angle 2 θ of the web W by the roll 1 is determined by the magnetic force of the neodymium magnet in the radial bearing 18 . That is, as the embrace angle 2θ increases, the radial load on the radial bearing 18 increases, and the stronger the magnetic force, the better.

ラジアル軸受18のネオジム磁石の反発力によって回転軸16は、ロール1が軸方向に振動することとなる。しかし、ロール1の左右において、スラスト軸受20の軸端部26の球体のルビー28が、サファイヤよりなる受け板30に当接され軸方向に振動しない。 Due to the repulsive force of the neodymium magnets of the radial bearings 18, the rotary shaft 16 causes the rolls 1 to vibrate in the axial direction. However, on the left and right sides of the roll 1, the spherical rubies 28 of the shaft ends 26 of the thrust bearings 20 abut on the receiving plates 30 made of sapphire and do not vibrate in the axial direction.

(5)ラジアル軸受18にかかる荷重FK
まず、ラジアル軸受18にかかる荷重FKについて図3を参照して説明する。
(5) Load FK applied to radial bearing 18
First, the load FK applied to the radial bearing 18 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、ウエブWの張力Tによるロール1への力FTは、

FT=2T*sin(θ) ・・・(1)

となる。但し、Tは張力、θはウエブWの抱角の半値である。
As shown in FIG. 3, the force FT on the roll 1 due to the tension T of the web W is

FT=2T*sin(θ) (1)

becomes. However, T is the tension, and θ is the half value of the embrace angle of the web W.

また、図3に示すように、ロール1の質量mによるFGの大きさは、

FG=m*g ・・・(2)

となる。但し、mはロール1の質量、gは重力加速度である。
Also, as shown in FIG. 3, the magnitude of FG due to the mass m of the roll 1 is

FG=m*g (2)

becomes. However, m is the mass of the roll 1 and g is the gravitational acceleration.

ロール1の回転軸16にかかる合成力FOは、

FO=FG+FT ・・・(3)

となる。ロール1の左右両端部に左右一対のラジアル軸受18,18を取り付けているので、それぞれのラジアル軸受18にかかる荷重FKは、

FK=FO/2 ・・・(4)

となる。ロール1の質量mと張力Tによる荷重FKの反作用力として、一つのラジアル軸受18の支持磁力FPを形成する必要があるので、力学平衡の関係から、

FK-FP=0 ・・・(5)

となる。
The resultant force FO applied to the rotating shaft 16 of the roll 1 is

FO=FG+FT (3)

becomes. Since a pair of left and right radial bearings 18, 18 are attached to the left and right ends of the roll 1, the load FK applied to each radial bearing 18 is

FK=FO/2 (4)

becomes. Since it is necessary to form the supporting magnetic force FP of one radial bearing 18 as a reaction force of the load FK due to the mass m of the roll 1 and the tension T, from the relationship of dynamic equilibrium,

FK-FP=0 (5)

becomes.

(6)内輪22、外輪24の寸法
内輪22、外輪24の寸法について図4(a)(b)を参照して定義する。図4(a)に示すように、外輪24の外径をr1、内径とr2とする。内輪22の外径をr3、内径をr4とする。なお、r4は、回転軸16の半径となる。
(6) Dimensions of Inner Ring 22 and Outer Ring 24 Dimensions of the inner ring 22 and outer ring 24 are defined with reference to FIGS. As shown in FIG. 4A, the outer diameter of the outer ring 24 is r1, and the inner diameter is r2. The outer diameter of the inner ring 22 is r3, and the inner diameter is r4. Note that r4 is the radius of the rotating shaft 16 .

まず、外輪24の厚みと内輪22の厚みを同じにする。すなわち、

r1-r2=r3-r4 ・・・(6)

となる。図4(a)に示すように、外輪24と内輪22との隙間23の距離tは、

r2-r3=t ・・・(7)

とする。例えば、t=1~10mmである。そして、図4(a)に示すように、移動量Δyは、合成力FOによって、回転軸16の中心Oが中心O’に移動する距離である。そして、図4(a)では、y軸は垂直方向に記載されているが、図3と比較した場合には、FOの方向とy軸が一致するように設定されている(図3のxy軸参照)。ロール1の回転時の内輪22の回転軸16の中心の移動量Δyの許容範囲は、

Δy<=0.5*t ・・・(8)

とする。
First, the thickness of the outer ring 24 and the thickness of the inner ring 22 are made the same. i.e.

r1-r2=r3-r4 (6)

becomes. As shown in FIG. 4(a), the distance t of the gap 23 between the outer ring 24 and the inner ring 22 is

r2-r3=t (7)

and For example, t=1-10 mm. Then, as shown in FIG. 4A, the movement amount Δy is the distance that the center O of the rotating shaft 16 moves to the center O′ by the resultant force FO. In FIG. 4A, the y-axis is shown in the vertical direction, but when compared with FIG. 3, the direction of the FO and the y-axis are set to match (xy axis reference). The allowable range of the movement amount Δy of the center of the rotation shaft 16 of the inner ring 22 when the roll 1 rotates is

Δy<=0.5*t (8)

and

図4(b)に示すように、内輪22、外輪24の軸方向の長さをLとする。 As shown in FIG. 4B, let L be the axial length of the inner ring 22 and the outer ring 24 .

(7)内輪22、外輪24の領域設定
永久磁石よりなる内輪22、外輪24との間の支持磁力FPを説明するために、それぞれ領域設定を行うので、その領域設定について図4(a)(b)を参照して説明する。
(7) Region setting for inner ring 22 and outer ring 24 In order to explain the supporting magnetic force FP between the inner ring 22 and the outer ring 24 made of permanent magnets, each region is set. b) for explanation.

円筒状の永久磁石よりなる内輪22に関して、図4(a)に示すように、径方向(ラジアル方向)に複数に分割して微細なN極の扇型領域aiを設定する。し、0°<i<=360°である。 As shown in FIG. 4A, the inner ring 22 made of a cylindrical permanent magnet is divided into a plurality of fine N-pole fan-shaped regions ai in the radial direction. However , 0°<i<=360°.

図4(a)に示すように、径方向に複数に分割して微細なS極の扇型領域ciを設定する。し、0°<i<=360°である。なお、扇型領域aiと扇型領域ciとは、物理的位置は同じ位置であるが、N極とS極であるので力の正負は逆であり、以下の数式の展開では、独立した領域である。そして、仮想的に分割した扇型領域aiと扇型領域ciから構成される仮想の永久磁石を仮想内磁石acとする。 As shown in FIG. 4(a), a plurality of sectoral regions ci of minute S poles are set by dividing in the radial direction. However , 0°<i<=360°. The fan-shaped region ai and the fan-shaped region ci have the same physical position, but since they are N poles and S poles, the positive and negative forces are opposite. is. A virtual permanent magnet composed of a fan-shaped region ai and a fan-shaped region ci which are virtually divided is assumed to be a virtual inner magnet ac.

円筒状の永久磁石よりなる外輪24に関して、図4(a)に示すように、径方向に複数に分割して微細なN極の扇型領域bjを設定する。し、0°<i<=360°である。 As shown in FIG. 4A, the outer ring 24 made of a cylindrical permanent magnet is radially divided into a plurality of fine fan-shaped regions bj having N poles. However , 0°<i<=360°.

図4(a)に示すように、径方向に複数に分割して微細なS極の扇型領域djを設定する。し、0°<i<=360°である。なお、扇型領域bjと扇型領域djとは、物理的位置は同じ位置であるが、N極とS極であるので力の正負は逆であり、以下の数式の展開では、独立した領域である。そして、仮想的に分割した扇型領域bjと扇型領域djから構成される永久磁石を仮想外磁石bdとする。 As shown in FIG. 4( a ), a plurality of minute S-pole fan-shaped regions dj are set by dividing in the radial direction. However , 0°<i<=360°. The fan-shaped region bj and the fan-shaped region dj have the same physical position, but since they are N poles and S poles, the positive and negative forces are opposite. is. A permanent magnet composed of the fan-shaped region bj and the fan-shaped region dj that are virtually divided is assumed to be a virtual outer magnet bd.

(8)内輪22、外輪24との間の支持磁力FP
次に、内輪22、外輪24との間の支持磁力FPについて説明する。以下の説明では、大文字「F」と「E」と「M」は添え字があっても全てベクトルを意味する。支持磁力FPを分割した仮想内磁石acと仮想外磁石bd間の分割磁力Fijは、

Fij=Faibj+Fcidj+Faidj+Fbjci ・・・(9)

となる。Faibjは扇型領域aiと扇型領域bjの間の個別磁力、Fcidjは扇型領域ciと扇型領域djの間の個別磁力、Faidjは扇型領域aiと扇型領域djの間の個別磁力、Fbjciは扇型領域bjと扇型領域cjの間の個別磁力である。以下、それぞれの扇形領域間の個別磁力Faibj、Fcidj、Faidj、Fbjciの求め方について説明する。磁気力のクーロン法則より、

Faibj=Φai*Φbj/(4πμ0*γ2aibj)Eaibj
・・・(10)

Φai=B*Sai、Φbj=B*Sbj ・・・(11)

γ2aibj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*sin(π/2-β)}2+{0.5*(r1+r2)*cos(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*cos(π/2-β)+Δy}2+(ΔL)2
・・・(12)

である。但し、Φaiは扇型領域aiの磁束数、Φbiは扇型領域biの磁束数、μ0は真空透磁率、γは磁極点間の距離、Bは磁束密度、Saiは一つの扇型領域aiの面積値、Sbjは一つの扇型領域bjの面積値、Eaibjは扇型領域aiから扇型領域bjへの磁力の単位ベクトル、αは扇型領域aiの中心と扇型領域bjの中心間の位相角(図4(a)参照)、βは扇型領域aiの中心とY軸間の挟角(図4(a)参照)、ΔLは軸方向(スラスト方向)での内輪22と外輪24の位置ズレ量である(図4(b)参照)。なお、ロール1の軸方向(スラスト方向)の位置ずれ量は、左右一対のスラスト軸受20,20が存在するため、ΔL=0と近似する。

Fbjci=Φbj*Φci/(4πμ0*γ2cibj)Ecibj
・・・(13)

Φbj=B*Sbj、Φci=-B*Sai ・・・(14)

γ2cibj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*sin(π/2-β)}2+{0.5*(r1+r2)*cos(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*cos(π/2-β)+Δy}2+(L-ΔL)2
・・・(15)

である。但し、Ecibjは扇型領域ciから扇型領域bjへの磁力の単位ベクトルである。

Faidj=Φai*Φdj/(4πμ0*γ2aidj)Eaidj
・・・(16)

Φai=B*Sai、Φdj=-B*Sbj ・・・(17)

である。Φdiは扇型領域djの磁束数である。

γ2aidj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*sin(π/2-β)}2+{0.5*(r1+r2)*cos(π/2-α-β)-0.5*(r3+r4)*cos(π/2-β)+Δy}2+(L+ΔL)2
・・・(18)

である。仮想内磁石acと仮想外磁石bdの幾何上の対称関係から個別磁力Faibjと個別磁力Fcidjの大きさは同じであるので、

|Faibj|=|Fcidj| ・・・(19)

となる。個別磁力Fcidjの方向は、単位ベクトルEcidjで表される。
(8) Support magnetic force FP between inner ring 22 and outer ring 24
Next, the supporting magnetic force FP between the inner ring 22 and the outer ring 24 will be described. In the following description, all capital letters 'F', 'E' and 'M' denote vectors even if there is a subscript. The divided magnetic force Fij between the virtual inner magnet ac and the virtual outer magnet bd obtained by dividing the supporting magnetic force FP is

Fij=Faibj+Fcidj+Faidj+Fbjci (9)

becomes. Faibj is the individual magnetic force between fan-shaped region ai and fan-shaped region bj, Fcidj is the individual magnetic force between fan-shaped region ci and fan-shaped region dj, and Faidj is the individual magnetic force between fan-shaped region ai and fan-shaped region dj. , Fbjci are the individual magnetic forces between sector bj and sector cj. How to obtain the individual magnetic forces Faibj, Fcidj, Faidj, and Fbjci between the respective fan-shaped regions will be described below. From Coulomb's law of magnetic force,

Faibj=Φai*Φbj/(4πμ0*γ 2 aibj)Eaibj
(10)

Φai=B*Sai, Φbj=B*Sbj (11)

γ 2 aibj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*sin(π/2−β)} 2 +{0.5*(r1+r2)*cos (π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*cos(π/2−β)+Δy} 2 +(ΔL) 2
(12)

is. However, Φai is the number of magnetic fluxes in the fan-shaped area ai, Φbi is the number of magnetic fluxes in the fan-shaped area bi, μ0 is the vacuum permeability, γ is the distance between the magnetic pole points, B is the magnetic flux density, and Sai is the number of magnetic fluxes in one fan-shaped area ai. Area value, Sbj is the area value of one fan-shaped region bj, Eaibj is the unit vector of the magnetic force from the fan-shaped region ai to the fan-shaped region bj, α is the distance between the center of the fan-shaped region ai and the center of the fan-shaped region bj The phase angle (see FIG. 4(a)), β is the included angle between the center of the fan-shaped area ai and the Y axis (see FIG. 4(a)), and ΔL is the inner ring 22 and the outer ring 24 in the axial direction (thrust direction). (see FIG. 4(b)). Note that the amount of positional deviation of the roll 1 in the axial direction (thrust direction) is approximated to ΔL=0 because of the presence of the pair of left and right thrust bearings 20 , 20 .

Fbjci=Φbj*Φci/(4πμ0* γ2cibj )Ecibj
(13)

Φbj=B*Sbj, Φci=-B*Sai (14)

γ 2 cibj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*sin(π/2−β)} 2 +{0.5*(r1+r2)*cos (π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*cos(π/2−β)+Δy} 2 +(L−ΔL) 2
(15)

is. However, Ecibj is the unit vector of the magnetic force from the fan-shaped region ci to the fan-shaped region bj.

Faidj=Φai*Φdj/(4πμ0*γ 2 aidj)Eaidj
(16)

Φai=B*Sai, Φdj=−B*Sbj (17)

is. Φdi is the number of magnetic fluxes in the fan-shaped region dj.

γ 2 aidj
={0.5*(r1+r2)*sin(π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*sin(π/2−β)} 2 +{0.5*(r1+r2)*cos (π/2−α−β)−0.5*(r3+r4)*cos(π/2−β)+Δy} 2 +(L+ΔL) 2
(18)

is. Since the magnitude of the individual magnetic force Faibj and the individual magnetic force Fcidj are the same from the geometrically symmetrical relationship between the virtual inner magnet ac and the virtual outer magnet bd,

|Faibj|=|Fcidj| (19)

becomes. The direction of the individual magnetic force Fcidj is represented by the unit vector Ecidj.

分割磁力Fijは、(9)式に示すように、(10)式で求めた個別磁力Faibjと、(13)式で求めた個別磁力Fbjciと、(16)式で求めた個別磁力Faidjと、(19)式で求めた個別磁力Fcidjとを合計して求める。 The split magnetic force Fij is, as shown in the equation (9), the individual magnetic force Faibj determined by the equation (10), the individual magnetic force Fbjci determined by the equation (13), the individual magnetic force Faidj determined by the equation (16), (19) by summing the individual magnetic force Fcidj obtained by the formula.

以上のようにして求めた分割磁力Fijを内輪22、外輪24に関して径方向(ラジアル方向)に全て合計すると、内輪22と外輪24間の支持磁力FPが求められる。すなわち、 The support magnetic force FP between the inner ring 22 and the outer ring 24 can be obtained by totaling all the divided magnetic forces Fij obtained as described above in the radial direction with respect to the inner ring 22 and the outer ring 24 . i.e.

式1formula 1

Figure 0007193257000001
Figure 0007193257000001

となる。この(20)式は、磁気による分割磁力Fijを、扇型領域aiに関して内輪22の総断面積で積分し、扇型領域biに関して外輪24の総断面積で積分し、扇型領域ciに関して内輪22の総断面積で積分し、扇型領域diに関して外輪24の総断面積で積分して、全体の支持磁力FPを求めることを意味している。 becomes. This equation (20) integrates the divided magnetic force Fij due to magnetism with respect to the fan-shaped region ai with the total cross-sectional area of the inner ring 22, with respect to the fan-shaped region bi with the total cross-sectional area of the outer ring 24, and with respect to the fan-shaped region ci, the inner ring 22 and the total cross-sectional area of the outer ring 24 with respect to the fan-shaped region di to obtain the overall supporting magnetic force FP.

(9)張力Tの変動の吸収
内輪22と外輪24間の支持磁力FPが、荷重FKより大きいのが前提条件として、ウエブWの張力Tの変動を吸収するためには、ロール1の固有振動数frをウエブWの張力変動周波数ftとを近づける必要がある。すなわち、

fr=h*ft ・・・(21)

の関係を有する必要がある。但し、0.7<=h<=1.3である。このhの一意の数値は、0.7~1.3の範囲から予め決定しておく。
(9) Absorption of variation in tension T As a precondition, the supporting magnetic force FP between the inner ring 22 and the outer ring 24 is larger than the load FK. It is necessary to bring the tension fluctuation frequency ft of the web W close to the number fr. i.e.

fr=h*ft (21)

must have a relationship of However, 0.7<=h<=1.3. This unique value of h is predetermined from the range of 0.7 to 1.3.

まず、ウエブWの張力変動周波数ftは、テンションピックアップで測定したウエブWの張力を周波数解析することによって求めことができる。そのため、ロール1の固有振動数frは、(21)式から求めることができる。 First, the tension fluctuation frequency ft of the web W can be obtained by frequency analysis of the tension of the web W measured by the tension pickup. Therefore, the natural frequency fr of the roll 1 can be obtained from the equation (21).

一方、ロール1の固有振動数frは、

fr=1/2π*(k/M)1/2 ・・・(22)

である。但し、kはラジアル軸受18のばね係数、Mはラジアル軸受18の合成質量である。この合成質量Mは、

M=0.5*FO/g ・・・(23)

である。但し、FOは、上記の(3)式で求めた合成力、gは重力加速度である。
On the other hand, the natural frequency fr of the roll 1 is

fr=1/2π*(k/M) 1/2 (22)

is. However, k is the spring coefficient of the radial bearing 18, and M is the combined mass of the radial bearing 18. This synthetic mass M is

M=0.5*FO/g (23)

is. However, FO is the resultant force obtained by the above equation (3), and g is the gravitational acceleration.

故に、(22)式をkについて変形し、(23)式のMを代入すると、

k=(2π*fr)*M=2*FO/g*(π*fr) ・・・(24)

となる。また、合成力FOとラジアル軸受18のばね係数kから、内輪22の中心の移動量Δyは、

Δy=0.5*FO/k ・・・(25)

となる。そして、ロール1の回転時の内輪22の回転軸16の中心の移動量Δyの許容範囲は、上記の(8)式で示したように、Δy<=0.5*tであり、これをtについて変形すると、

t=2*Δy ・・・(8’)

となる。(8’)式に(25)式を代入し、さらに、(24)式のkを代入し、(21)式の関係から、

t=2*Δy=2*(0.5*FO/k)=FO/k

=FO/{2*FO/g*(π*fr)

=1/{2/g*(π*fr)

=g/{2*(π*h*ft)} ・・・(26)

となる。以上のようにウエブWの張力Tの変動を吸収するための隙間23の寸法tを、ウエブWの張力変動周波数ftと(26)式から求めることができる。
Therefore, transforming equation (22) for k and substituting M in equation (23) yields

k=(2π*fr) 2 *M=2*FO/g*(π*fr) 2 (24)

becomes. Further, from the resultant force FO and the spring coefficient k of the radial bearing 18, the movement amount Δy of the center of the inner ring 22 is

Δy=0.5*FO/k (25)

becomes. The permissible range of the movement amount Δy of the center of the rotation shaft 16 of the inner ring 22 when the roll 1 rotates is Δy<=0.5*t as shown in the above equation (8). Transforming for t,

t=2*Δy (8′)

becomes. By substituting the formula (25) into the formula (8′) and further substituting k in the formula (24), from the relationship of the formula (21),

t=2*Δy=2*(0.5*FO/k)=FO/k

=FO/{2*FO/g*(π*fr) 2 }

=1/{2/g*(π*fr) 2 }

=g/{2*(π*h*ft) 2 } (26)

becomes. As described above, the dimension t of the gap 23 for absorbing the variation of the tension T of the web W can be obtained from the tension variation frequency ft of the web W and the equation (26).

そして、本実施形態では、支持磁力FP=>荷重FKを満足させるために、変数としてr1を(20)式に代入して大きくしていく。但し、tは、(26)式から求め、r1,r2,r3は(6)式と(7)式を満足するようにする。これにより、ウエブWの張力Tの変動を吸収しつつ、支持磁力FP=>荷重FKを満足する最適な外径r1を求めることができる。以下、その処理をフローチャートを参照して説明する。 Then, in this embodiment, in order to satisfy the supporting magnetic force FP=>load FK, r1 is increased as a variable by substituting it into the equation (20). However, t is obtained from the formula (26), and r1, r2 and r3 are made to satisfy the formulas (6) and (7). As a result, it is possible to obtain the optimum outer diameter r1 that satisfies the supporting magnetic force FP=>load FK while absorbing the variation in the tension T of the web W. The processing will be described below with reference to a flowchart.

ステップS1において、張力T、抱角2θ、ロール1の質量mを入力し、ステップS2に進む。 In step S1, the tension T, the embrace angle 2θ, and the mass m of the roll 1 are input, and the process proceeds to step S2.

ステップS2において、永久磁石よりなる内輪22と外輪24の磁束密度Bを入力する。なお、内輪22と外輪24の磁束密度Bは同じものであるとして、ステップS3に進む。 In step S2, the magnetic flux densities B of the inner ring 22 and the outer ring 24 made of permanent magnets are input. Assuming that the magnetic flux densities B of the inner ring 22 and the outer ring 24 are the same, the process proceeds to step S3.

ステップS3において、ラジアル軸受18の軸方向の長さLと、内輪22の内径(すなわち、回転軸16の外径)r4を入力し、ステップS4に進む。 In step S3, the axial length L of the radial bearing 18 and the inner diameter of the inner ring 22 (that is, the outer diameter of the rotary shaft 16) r4 are input, and the process proceeds to step S4.

ステップS4において、テンションピックアップで測定したウエブWの張力Tから張力変動周波数ftを求め、ステップS5に進む。 In step S4, the tension fluctuation frequency ft is obtained from the tension T of the web W measured by the tension pickup, and the process proceeds to step S5.

ステップS5において、張力変動周波数ftと(26)式から隙間23の寸法tを求め、ステップS6に進む。 In step S5, the dimension t of the gap 23 is obtained from the tension fluctuation frequency ft and the equation (26), and the process proceeds to step S6.

ステップS6において、tと(8)式からΔyを求め、ステップS7に進む。 At step S6, Δy is obtained from t and equation (8), and the process proceeds to step S7.

ステップS7において、最小のr1を仮定し、ステップS8に進む。 At step S7, the minimum r1 is assumed and the process proceeds to step S8.

ステップS8において、(6)式と(7)式からr2、r3を求め、ステップS9に進む。 At step S8, r2 and r3 are obtained from the equations (6) and (7), and the process proceeds to step S9.

ステップS9において、(9)式~(20)式に基づいて、支持磁力FPを求め、ステップS10に進む。 In step S9, the supporting magnetic force FP is obtained based on the formulas (9) to (20), and the process proceeds to step S10.

ステップS10において、求めた支持磁力FPが荷重FKより大きい場合又は等しい場合にはステップS12に進み(Yの場合)、小さい場合にはステップS11に進む(Nの場合)。 In step S10, if the obtained supporting magnetic force FP is greater than or equal to the load FK, proceed to step S12 (Y), otherwise proceed to step S11 (N).

ステップS11において、r1=r1+Δr1としてステップS8に戻る。 In step S11, r1=r1+Δr1 and the process returns to step S8.

ステップS12において、このときの外径r1を、スラスト軸受20の外径とし、この大きさでスラスト軸受20を製造する。そして終了する。 In step S12, the outer diameter r1 at this time is set as the outer diameter of the thrust bearing 20, and the thrust bearing 20 is manufactured with this size. and finish.

(10)効果
本実施形態によれば、ウエブWの張力Tの変動を吸収しつつ、支持磁力FPがロール1の荷重FKより大きくなるラジアル軸受18の外径24の最適な外径r1を求めることができる。これにより、走行するウエブWの張力変動を緩和できる。
(10) Effect According to this embodiment, the optimum outer diameter r1 of the outer diameter 24 of the radial bearing 18 that makes the supporting magnetic force FP larger than the load FK of the roll 1 while absorbing the variation in the tension T of the web W is obtained. be able to. As a result, tension fluctuations in the running web W can be alleviated.

(11)変更例
上記実施形態では、スラスト軸受20は、宝石を用いたが、ルビーなどの宝石28に代えて、この部分を金属等で形成し、受け板30で支持してもよい。
(11) Modification In the above-described embodiment, the thrust bearing 20 uses a jewel, but instead of the jewel 28 such as ruby, this portion may be made of metal or the like and supported by the receiving plate 30 .

また、上記実施形態では、第1宝石はルビー28であったが、それ以外の宝石であってもよい。また、受け板30を形成する第2宝石はサファイヤであったが、それ以外の宝石であってもよい。 Also, in the above embodiment, the first gem was the ruby 28, but other gems may be used. Also, although the second jewel forming the receiving plate 30 was sapphire, other jewels may be used.

上記実施形態では、サファイヤよりなる円板型の受け板30の表面は平らであったが、これに代えて、球体のルビー28が嵌合するようにやや半球型の凹部を設けていてもよい。 In the above embodiment, the disk-shaped receiving plate 30 made of sapphire has a flat surface, but instead of this, a slightly hemispherical concave portion may be provided so that the spherical ruby 28 can be fitted therein. .

上記では本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While one embodiment of the invention has been described above, this embodiment is provided by way of example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1・・・ロール、10・・・支持装置、14・・・支持脚、16・・・回転軸、18・・・ラジアル軸受、20・・・スラスト軸受、22・・・内輪、23・・・隙間、24・・・外輪、26・・・軸端部、28・・・ルビー、30・・・受け板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Roll, 10... Support apparatus, 14... Support leg, 16... Rotating shaft, 18... Radial bearing, 20... Thrust bearing, 22... Inner ring, 23...・Gap 24... Outer ring 26... Shaft end 28... Ruby 30... Receiving plate

Claims (8)

走行するウエブを抱えて水平に支持され、他動で回転するロールと、
前記ロールの左右両端から突出した左右一対の回転軸と、
左右一対の前記回転軸の径方向の荷重を受ける左右一対のラジアル軸受と、
左右一対の前記回転軸の軸方向の荷重を受ける左右一対のスラスト軸受と、
を有し、
前記ラジアル軸受は、
前記回転軸に取り付けられた永久磁石よりなる内輪と、
前記内輪の外周に隙間を開けて配され、前記内輪の厚みと同じである永久磁石よりなる外輪と、
を有するロールの支持装置の製造方法であって、
前記ロールの質量m、前記ウエブの張力T、前記ウエブの抱角2θ、前記内輪と前記外輪の磁束密度B、前記内輪と前記外輪の軸方向の長さLを入力し、
前記質量m、前記張力T、前記抱角2θから一つの前記ラジアル軸受にかかる荷重FKを求め、
前記ロールの固有振動数frが前記ウエブの張力変動周波数ftの所定の範囲内であるとしたときの、前記外輪と前記内輪の隙間の寸法tを、前記張力変動周波数ftから求め、
前記寸法tから前記回転軸の中心の移動量Δyを求め、
前記長さL、前記内輪の内径r4、前記移動量Δy、前記外輪の外径r1、前記磁束密度Bから一つの前記ラジアル軸受における前記内輪と前記外輪との間の支持磁力FPを計算するものであり、前記支持磁力FPと前記荷重FKが等しくなるまで、前記外輪の外径r1を順番に大きくして前記支持磁力FPの計算を繰り返し、前記支持磁力FPと前記荷重FKが等しくなったときの前記外輪の外径r1を最適な外径r1とする、
ロールの支持装置の製造方法。
A roll that holds the running web and is horizontally supported and rotates passively,
A pair of left and right rotating shafts projecting from both left and right ends of the roll;
a pair of left and right radial bearings for receiving a load in the radial direction of the pair of left and right rotating shafts;
a pair of left and right thrust bearings for receiving an axial load of the pair of left and right rotating shafts;
has
The radial bearing is
an inner ring made of a permanent magnet attached to the rotating shaft;
an outer ring made of a permanent magnet having the same thickness as the inner ring and arranged with a gap on the outer circumference of the inner ring;
A method for manufacturing a roll supporting device comprising:
inputting the mass m of the roll, the tension T of the web, the web embrace angle 2θ, the magnetic flux density B of the inner ring and the outer ring, and the axial length L of the inner ring and the outer ring;
Obtaining the load FK applied to one of the radial bearings from the mass m, the tension T, and the embrace angle 2θ;
When the natural frequency fr of the roll is within a predetermined range of the tension fluctuation frequency ft of the web, the dimension t of the gap between the outer ring and the inner ring is obtained from the tension fluctuation frequency ft,
Obtaining a movement amount Δy of the center of the rotation axis from the dimension t,
A supporting magnetic force FP between the inner ring and the outer ring in one radial bearing is calculated from the length L, the inner ring inner diameter r4, the displacement Δy, the outer ring outer diameter r1, and the magnetic flux density B. The calculation of the support magnetic force FP is repeated by increasing the outer diameter r1 of the outer ring until the support magnetic force FP and the load FK become equal, and when the support magnetic force FP and the load FK become equal The outer diameter r1 of the outer ring of is the optimum outer diameter r1,
A method for manufacturing a roll supporting device.
gを重力加速度、hを前記所定の範囲内の一意の数値としたときの前記隙間の寸法tは、

t=g/{2*(π*h*ft)

である、
請求項1に記載のロールの支持装置の製造方法。
The dimension t of the gap when g is the acceleration of gravity and h is a unique numerical value within the predetermined range,

t=g/{2*(π*h*ft) 2 }

is
The method for manufacturing the roll support device according to claim 1 .
0.7<=h<=1.3である、
請求項2に記載のロールの支持装置の製造方法。
0.7<=h<=1.3,
3. The method for manufacturing the roll supporting device according to claim 2.
前記永久磁石は、ネオジム磁石である、
請求項1に記載のロールの支持装置の製造方法。
The permanent magnet is a neodymium magnet,
The method for manufacturing the roll support device according to claim 1 .
前記スラスト軸受は、宝石軸受であって、
前記回転軸の先端端に設けられた軸端部と、
前記軸端部に取り付けられた球体の第1宝石と、
第2宝石から形成された受け板と、
を有する請求項1に記載のロールの支持装置の製造方法。
The thrust bearing is a jewel bearing,
a shaft end provided at the tip end of the rotating shaft;
a spherical first jewel attached to the shaft end;
a backing plate formed from a second gem;
The method for manufacturing a roll supporting device according to claim 1, comprising:
前記ウエブの抱角2θは、0°<θ<=30°である、
請求項1に記載のロールの支持装置の製造方法。
The embrace angle 2θ of the web is 0°<θ<=30°.
The method for manufacturing the roll support device according to claim 1 .
前記内輪を断面扇形の仮想内磁石に分割し、前記外輪を断面扇形の仮想外磁石に分割し、
前記仮想内磁石と前記仮想外磁石の間の分割磁力を求め、
前記支持磁力FPは、前記分割磁力をラジアル方向に合計して求める、
請求項1に記載のロールの支持装置の製造方法。
dividing the inner ring into virtual inner magnets with fan-shaped cross sections, and dividing the outer ring into virtual outer magnets with fan-shaped cross sections;
Finding the divided magnetic force between the virtual inner magnet and the virtual outer magnet,
The supporting magnetic force FP is obtained by summing the divided magnetic forces in the radial direction,
The method for manufacturing the roll support device according to claim 1 .
前記仮想内磁石に関して、N極の扇型領域aiと、S極の扇型領域ciを設定し(但し、0°<i、j<=360°である)、
前記仮想外磁石に関して、N極の扇型領域bjと、S極の扇型領域djを設定し、
前記扇型領域aiと前記扇型領域bjの間の個別磁力Faibjを求め、
前記扇型領域ciと前記扇型領域djの間の個別磁力Fcidjを求め、
前記扇型領域aiと前記扇型領域djの間の個別磁力Faidjを求め、
前記扇型領域bjと前記扇型領域ciの間の個別磁力Fbjciを求め、
前記分割磁力Fijは、前記個別磁力Faibjと、前記個別磁力Fbjciと、前記個別磁力Faidjと、前記個別磁力Fcidjとを合計して求める、
請求項7に記載のロールの支持装置の製造方法。
With respect to the virtual inner magnet, an N-pole fan-shaped region ai and an S-pole fan-shaped region ci are set (where 0°<i, j<=360°),
setting an N-pole fan-shaped region bj and an S-pole fan-shaped region dj for the virtual outer magnet;
obtaining an individual magnetic force Faibj between the fan-shaped region ai and the fan-shaped region bj;
obtaining an individual magnetic force Fcidj between the fan-shaped region ci and the fan-shaped region dj;
Obtaining an individual magnetic force Faidj between the fan-shaped region ai and the fan-shaped region dj,
obtaining an individual magnetic force Fbjci between the fan-shaped region bj and the fan-shaped region ci;
The divided magnetic force Fij is obtained by summing the individual magnetic force Faibj, the individual magnetic force Fbjci, the individual magnetic force Faidj, and the individual magnetic force Fcidj,
The method for manufacturing the roll supporting device according to claim 7 .
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