JP4799672B2 - ターンバー - Google Patents

Description

本発明は、走行する樹脂フィルム、紙、織物、不織布、金属箔、金属薄板などの各種帯状体の進行方向を転換するターンバーに関する。

従来から樹脂フィルム、紙、織物、不織布、金属箔、金属薄板などの各種帯状体を取り扱う工程（各種帯状体の生産、スリット切断加工、輪転印刷、表面処理など）において、帯状体の進行方向の転換（表裏の転換も含む）が行われている。この進行方向の転換は、走行する帯状体に対しターンバーを所望の角度に当接し巻き回して行われる。ターンバーとしては表面が滑らかな略円柱状の回転する軸体、又は非回転の軸体であれば、一応の使用はできる。

しかしながら、ターンバーの表面と走行する帯状体とが接触する方式では、帯状体に印刷が施されている場合、比較的軟らかい場合、あるいは粘着質で摩擦係数が大きい場合などにおいて、ターンバーと帯状体の表面との摩擦によりスリ傷、シワが発生しやすいという問題を抱えていた。また、高速で走行する帯状体においては、張力が緩いと帯状体が正規のパス（通過道）を外れる蛇行という問題を抱えていた。逆に、張力を高めると帯状体とターンバーとの接触圧力が高まり、スリ傷、シワが発生し易い。

これらの対策として、帯状体とターンバー表面とを非接触とする方式が、例えば特許文献１に開示されている。すなわち、ターンバーと帯状体との接触を回避するために、ターンバーを中空円筒ドラムとして周表面に多数の貫通穴を設け、円筒ドラム内部から圧縮空気を吹き出し、帯状体を浮上させて非接触状態となるようにしている。図９（ａ）に示すように、帯状体１を中空円筒ドラム３０に対して、矢印方向に巻き回し、進行方向を９０°（角度）変換するとともに、表裏を反転している。本方式では、帯状体が比較的軟質なもの、湿潤状態や粘着性のあるものにおいても、ターンバーとの接触がないから耳部（端部）が引き伸ばされたワカメ状のシワを生じさせる摩擦力など余分な外力の影響を受けることがなく安定して方向転換できる。しかしながら、圧縮空気の噴出のための付帯設備として空気圧縮装置、配管接続を要するとともに、小さい噴出口３１の目詰まり、清掃手入れなど保守管理が煩わしいという問題を抱えている。

さらに、帯状体をターンバーの表面に接触させる方式としては、例えば特許文献２が開示されている。本方式では、図９（ｂ）に示すように帯状体１がターンバーと接触する部位に、多数の回転ローラ（４１、４２）を埋設する。各回転ローラは接触する帯状体の走行方向に対応して埋設角度を変化させている。すなわち、回転ローラ４１は、帯状体の進入方向と同じＸ方向に回転するように埋設されている。帯状体１がターンバー周面を進行して、ターンバー周面の方向転換開始点に近づく部位においては、回転ローラ４２は、Ｙ方向に回転するように埋設されている。すなわち帯状体の走行方向にできるだけ沿うように回転方向を変化させてスリ傷、シワなどを生じさせる摩擦を軽減させようとするものである。

その他、帯状体とターンバーの表面を接触させる方式としては、特許文献３では各種ウエブを方向変換して搬送する際に、低摩擦でメカニカルロスが小さく、且つ、張力変動が生じないロータリーターンバーを提案している。この場合も、ターンバーの外周に多数の小回転ローラを配設し、その回転方向を最適化して帯状体とターンバーの摩擦を低くするという技術思想に基づくものである。

以上、説明したようにターンバーによる帯状体の進行方向の転換において、両者を非接触とする試み、あるいは両者の摩擦をローラの使用により小さくする試みがなされてきた。
しかしながら、近時、樹脂フィルム生産装置や輪転印刷機の高速化のため、走行する帯状体には高い張力を付与する必要が生じている。このような高い張力においても、帯状体にスリ傷、シワを発生させず、かつ保守管理が容易なターンバー要望が高まっている。

特開平８−２６５５１号公報 特開平６−９９５６６号公報 特開平２００３−１６０２６８号公報

帯状体の高速走行化に伴い帯状体に高い張力を付与する必要がある中で、樹脂フィルムなど比較的軟質で摩擦抵抗が生じ易い帯状体においては、高い張力は付与できず走行中の蛇行が発生しやすいという問題を抱えている。一方、比較的硬質の金属箔、金属薄板などにおいては張力を高めることができるので蛇行の問題は軽減できる。しかしながら、ロータリーターンバーなど接触方式においても、帯状体の進行方向とそれに追随する接触ロールの回転方向は完全には一致しないから、スリ傷発生の軽減に効果はあるものの不十分である。

そこで本発明は、帯状体の進行方向を転換するターンバーにおいて、高速で走行する軟質あるいは硬質の帯状体に高い張力を付与しても表面にスリ傷、シワなどの発生がなく、且つ走行時に蛇行も発生しがたく、かつ保守管理も簡単なターンバーの提供を目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために種々研究した結果、帯状体の進行方向の転換において、高い張力を付与しても摩擦抵抗を小さくするためには、帯状体とターンバーとの接触を、多数の回転自在のボールによる点接触にすれば良いことを見出し、本発明に到達したものである。すなわち、外周表面部に複数の回転自在のボールを配設し帯状体と点接触する機能を有する構造のターンバーを採用することにより、上記問題点を解決したものである。

請求項１に記載の発明は、
樹脂フィルムの帯状体の進行方向を該帯状体の表面と裏面を反転させて転換するために用いるターンバーであって、
断面形状が半円形又は円形を有するターンバー本体と、該ターンバー本体の外周表面部に設けた複数個の穴に遊嵌されたボールとを備えてなり、
該ボールが前記穴から脱落しないように穴の開口部周縁が狭められており、
該ボールの一部が穴の開口部から外方へ露出しており、
該ボールが全方位に回転自在に保持されてなり、該ボールに帯状体を点接触させ
て巻き回すようにしてなることを特徴とするターンバーである。

請求項２の発明は、
樹脂フィルムの帯状体の進行方向を該帯状体の表面と裏面を反転させて転換するために用いるターンバーであって、
円筒状のターンバー本体と、該ターンバー本体の胴壁を貫通するように設けた複数の穴に遊嵌された該胴壁厚みよりも大きい外径のボールとを備えてなり、
該ボールが前記穴から脱落しないように穴の内外開口部周縁が狭められており、
該ボールの一部が前記穴の開口部から外方へ露出しており、
該ボールが全方位に回転自在に保持されてなり、該ボールに帯状体を点接触させて巻き回すようにしてなる
ことを特徴とするターンバーである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のターンバーにおいて、
円筒状のターンバー本体内面に、軸心を一致させて芯体を挿設したことを特徴とするターンバーである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のターンバーにおいて、
円筒状のターンバー本体と前記挿設した芯体とが固定手段により一体化されていることを特徴とするターンバーである。
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のターンバーにおいて、
円筒状のターンバー本体が、前記挿設した芯体に対して回転自在であることを特徴とするターンバーである。
請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれかに記載のターンバーにおいて、
円筒体状のターンバー本体の複数本を、円筒状のターンバー本体の軸方向に連結して構成したことを特徴とするターンバーである。

本発明では、ターンバー本体の外周表面部に回転自在にボールを遊嵌して保持しているので、帯状体とボールを点接触させることができる。点接触で帯状体を支えて進行方向を転換する方法では、高速走行する帯状体の進行方向の変化に対してボールの回転方向を完全に合致させることが出来る。帯状体のターンバー外周面における走行方向と、ボールの回転方向が一致することから方向の違いによるスリ傷およびシワが発生しない。このように帯状体とターンバーとの間の摩擦抵抗を本質的に小さくできるから、高速走行において高い張力を付与できる。したがって、帯状体が正規のパスを外れる蛇行現象の発生を軽減できる。

本発明の実施形態に係るターンバーに帯状体を巻き回している斜視図である。 本発明の実施形態に係るターンバーの部分断面図である。 本発明の実施形態に係るターンバーの外周表面部を分離できる構造とした部 分断面図である。 本発明の実施形態に係るターンバーの回転自在に保持されたボールの拡大平 面図および断面図である。 本発明の実施形態に係るターンバーの外周表面部の一部にボールを配置した 斜視図である。 本発明の実施形態に係るターンバーの本体断面を半円形とした斜視図である。 本発明の実施形態に係る円筒状のターンバーの斜視図と拡大部分断面図である。 本発明の実施形態に係る芯体を挿設した円筒状のターンバーの構成説明図である。 従来のターンバーの例を説明する斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態を図１〜図８を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るターンバー２に帯状体１を巻き回している斜視図である。同図に示すように、ターンバー本体７は外周表面部７ａおよび両端の支軸部７ｂを備えている。外周表面部７ａには、多数の回転自在のボール３が分布して配設されている。図１では、ターンバー２は帯状体１の進行方向（矢印Ｓ）に対して４５°（角度）に当接して巻き回され、帯状体１の進行方向が９０°転換している。同時に、帯状体１の表裏も反転している。同図のように９０°転換ばかりでなく、帯状体１の進行方向に対して当接するターンバー２の角度を種々選択できる。また進入する帯状体の面と転換後の帯状体の面との角度も種々選択できる。

図１に示すように、ターンバー本体７の外周表面部７ａの全面にわたって分布して設けた穴４の開口面から、回転自在のボール３が外方へ露出しており、この各ボール３と帯状体１が点接触している。したがって、進入開始時に帯状体１に点接触している各ボール３は、矢印Ｓと同じ方向に回転し、転換終了の直前に帯状体１に接触している各ボール３は、矢印Ｐ方向に回転する。ボールは全方位に回転自在としているから、帯状体１の進行方向が矢印ＳからＰ方向に連続的に変化しても、変化する方向のすべてにボールの回転は完全に合致して追随することが出来る。

図２は、ターンバーの部分断面図である。ターンバー本体７の外周表面部７ａには、回転自在のボール３が遊嵌して設けられている。ターンバー本体７の両端は、ターンバーを帯状体走行装置へ設置するため、外径を小さくして支軸部７ｂとしている。この支軸部７ｂの形状・サイズは、ターンバーを設置する帯状体走行装置の種類、規模に応じて適宜選択する。ターンバーを帯状体走行装置に対して、ターンバー本体７自体が回転しないように両端を固定して設置するか、支軸部７ｂの両端に軸受（図示せず）を設けて回転するように設置してもよい。

図３は、図２と同じくターンバーの部分断面図であるが、ターンバー本体７の外周表面部７ａを、ターンバー本体７と分離できる構造としたものである。ボール３の底部は外周表面部７ａとターンバー本体７内部との境界で、ターンバー本体７の面で支えられている。外周表面部７ａを別部材として構成しているから耐磨耗性、コストなどを考慮して種々の材料を選択できる。同じく、ターンバー本体７に設ける支軸部７ｂも必要に応じて別素材として組み立てることができる。

次に、ターンバーの外周表面部７ａに保持された回転自在のボール３について、さらに詳しく説明する。図４は、本発明に係るターンバー本体７の外周表面部７ａに遊嵌された回転自在のボールの拡大平面図とその断面図である。図４（ａ）に示すように、ボール３は穴４に遊嵌され、開口部周縁５の面から外方にボールの一部が露出している。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ位置の断面図である。ボール３の外径は穴４の内径よりも小さく、ボール３は穴４内で自由に回転することができる。そして、開口部周縁５の内径はボール３の外径よりも小さく、ボール３が穴４から外方へ脱落しないように狭められている。このようにボール３外径よりも大きい穴４の開口部周縁５を狭めることによりボールを遊嵌して保持し回転自在とすることができる。さらに、ボール３の外径は、穴４の深さよりも大きくしているから穴の開口面から外方に一部が露出している。ボール３の露出部分の頂点３ａと帯状体１が点接触する。

図５は本発明に係るターンバー２において、外周表面部７ａにおけるボール配置の一例を示す斜視図である。図１ではターンバー本体７の全周面にわたりボール３を配置しているが、ボール３の配置を帯状体１が外周表面部７ａに当接する部分のみとしてもよい。さらに、図６はターンバー本体７の断面形状を半円形とした例である。さらに、ターンバーの軸方向の中央部の外径を太鼓の胴部形状とすると、中央部の張力が比較的高くなり、帯状体の蛇行発生を軽減することができる。図５、図６に示したように、帯状体が当接する部分のみにボールを配置した場合は、ターンバー本体自体は回転しないように軸受設置される。

本発明に係るターンバーの実施の形態として、ターンバー本体７の形状を円筒体とすることもできる。すなわち、ターンバーの外周表面部を円筒体構造とし、内部を中空としたものである。図７は、円筒状のターンバー本体１０（以下、円筒状のターンバー本体１０とも表記する）の胴壁１０ａに多数のボールを回転自在に配置した斜視図および部分断面図である。図７（ａ）に示すように、円筒状のターンバー本体１０の胴壁１０ａには、全面にわたり貫通した穴４が所定間隔で形成され、該穴にボール３が遊嵌して保持されている。円筒状のターンバー本体１０の両端部で、帯状体が当接しない部位に軸受を取付け、固定あるいは回転可能に帯状体走行装置に設置する。図７（ｂ）、（ｃ）は、ボール３を円筒状のターンバー本体１０の胴壁の貫通した穴内に遊嵌して保持する構造の製作法の一例である。同図（ｂ）に示すように、胴壁１０ａに先ずボール外径よりも小さい貫通穴をあけ、狭められた開口部周縁５ａを形成する。

次に、ボール外径よりもやや大きい同心円の穴４を、開口部周縁５ａとして所定の厚さだけ残すようにあける。次に、この穴４内にボール３を収納する。さらに、同図（ｃ）に示すように、形成した穴４の開口部の外周回りを円形に潰打して溝６を作り、穴の開口周縁部の近傍材を内径方向へせり出させて、狭めた開口部周縁５を形成する。このようにせり出して、開口部周縁５の内径をボール外径より小さくしているから、ボール３が穴４から胴壁内外のどちらにも脱落することはない。穴内に収納したボールの外径は、胴壁１０ａの厚さよりも大きく設定しているから、ボールの一部は穴の内外開口面を越えて露出する。

ボール３が、帯状体からの点接触応力を受けても穴内に完全に沈まず一部が露出するようにボール外径、及び開口部周縁５ａの内径と厚みを適宜設定する。円筒状のターンバー本体１０においては、内部が中空であるから帯状体からの点接触による応力を受けたボールの底部（接触点の直径方向における反対側部）は、胴壁内側の開口部周縁５ａで支えられて回転する。円筒状のターンバー本体１０では、円筒体内部が中空であるので、ターンバー自体が軽量となる。ボールを回転自在に保持するための穴の開口部周縁を狭める構造の製作法について一例を説明したが、この方法および構造に限定されるものではない。

以上、円筒状のターンバー本体１０とその胴壁に配設したボールとを備えるターンバーについて説明したが、次にこの円筒状のターンバー本体１０の複数本を本体軸方向に連結し、該連結したターンバー本体内に軸心を一致させて芯体２０を挿設したターンバーについて説明する。この実施の形態のターンバーにおいては、前記円筒状のターンバー本体構造部が外周表面部となり、芯体２０が挿設される。図８は、本発明に係るボールを保持した円筒状のターンバー本体１０を連結し、該本体内に軸心を一致させて芯体２０を挿設したターンバーの説明図である。図８（ａ）は、ターンバーの構成部品としての円筒状のターンバー本体１０の斜視図である。この円筒状のターンバー本体１０の両端開口部には、連結するためのオス型、メス型の係合環１０ｂが形成されている。（図８では、端部用ユニットとして片側のオス型係合環１０ｂのみ） なお、この係合環１０ｂにネジ山を施すことにより連結を強固にすることもできる。一方、強固に連結する必要がない場合は、係合環１０ｂを設けなくても良い。

図８（ｂ）は、複数本の円筒状のターンバー本体１０を連結して構成したターンバーの組み立て説明図である。複数本の円筒状のターンバー本体１０による連結体に、軸心を一致させて芯体２０を挿設する。芯体２０が抜けないように固定手段として両端の芯体ネック部２０ａ（片端のみ示す）のネジ山２０ｂにナット２１を螺着して留めている。この円筒状のターンバー本体１０を留めている両端のナット２１の締め付けを強くすると、連結した円筒状のターンバー本体１０と芯体２０は摺動して自由回転することなく固定され両者は一体化する。逆に、締め付けを弱くすると、連結した円筒状のターンバー本体１０は芯体２０に対して摺動して自由回転する。

連結した円筒状のターンバー本体１０の内径に対して、芯体２０の内径をやや小さくし間隙ｔが生じるようにしてもよい。こうして生じた間隙ｔの幅だけ胴壁内周面から回転自在のボール３が露出し、芯体２０の外周表面２０ｃと点接触する。すなわち、ボールは帯状体と芯体２０の外周表面２０ｃとの間で点接触しながら回転する。また、間隙ｔを設けることにより芯体２０に対して円筒状のターンバー本体１０の挿入や取り外しが容易に実施できる。芯体２０の両端の芯体ネック部２０ａに軸受を取り付けて、芯体２０と一体化した円筒状のターンバー本体１０を回転させることもできる。本発明に係るターンバーの使用においてターンバー自体を回転させると、帯状体はボールの全てにまんべんなく点接触するから、各ボールへの加圧接触が均等となり各ボールの摩滅が均一に起こるというメリットがある。

さらに、複数の円筒状のターンバー本体１０を連結してターンバーを構成しているから、運転中において円筒状のターンバー本体１０が部分的に損傷あるいは変形を受けても、当該部分の円筒状のターンバー本体１０のみを取替えることで対応できるのでターンバーの保守管理が簡単である。
本発明に係るターンバー２におけるボール３は、一般にボールベアリングとして使用されている鋼球などが好適に使用できる。防錆あるいは耐磨耗性が要求される場合は、耐磨耗性あるいは高い耐食性のクロム金属や各種合金などのめっきが施される。ボール保持体、円筒体および芯体の素材は、帯状体の剛性、張力に耐えるものであれば良い。素材として、鋼、合金鋼、アルミニウム合金およびアセタール樹脂などの合成樹脂が使用できる。

本発明に係るターンバー２では、帯状体１と外周表面部７ａに設けた回転自在のボールとが点接触できる。また、点接触で帯状体を支えて進行方向を転換する方法では、帯状体の進行方向の連続的な変化に対して接触するボールが完全に追随し、摩擦を軽減できる。帯状体の走行方向と、ボールの回転方向が一致するから、方向の違いによるスリ傷およびシワが発生しない。このように帯状体とターンバーとの間の摩擦抵抗が本質的に小さくでき、高い張力による帯状体の走行が実現できるから蛇行発生を軽減できる。したがって、帯状体を取り扱う印刷、製紙、繊維、樹脂加工、鉄鋼の各業界における品質・稼動効率の向上において利用価値は高い。

１ 帯状体
２ ターンバー
３ ボール
３ａ ボールの露出部分の頂点
４ 穴
５、５ａ 開口部周縁
６ 溝
７ ターンバー本体
７ａ 外周表面部
７ｂ 支軸部
１０ 円筒状のターンバー本体（円筒体ユニットとも表記）
１０ａ 胴壁
１０ｂ 係合環
２０ 芯体
２０ａ 芯体ネック部
２０ｂ ネジ山
２０ｃ 芯体の外周表面
２１ ナット
３０ 従来の非接触ターンバー
３１ 空気噴出孔
４０ 従来のロータリーターンバー
４１、４２ 回転ローラ
ｔ 間隙

Claims (6)

1. 樹脂フィルムの帯状体の進行方向を該帯状体の表面と裏面を反転させて転換するために用いるターンバーであって、
   断面形状が半円形又は円形を有するターンバー本体と、該ターンバー本体の外周表面部に設けた複数個の穴に遊嵌されたボールとを備えてなり、
   該ボールが前記穴から脱落しないように穴の開口部周縁が狭められており、
   該ボールの一部が穴の開口部から外方へ露出しており、
   該ボールが全方位に回転自在に保持されてなり、該ボールに帯状体を点接触させて巻き回すようにしてなることを特徴とするターンバー。
2. 樹脂フィルムの帯状体の進行方向を該帯状体の表面と裏面を反転させて転換するために用いるターンバーであって、
   円筒状のターンバー本体と、該ターンバー本体の胴壁を貫通するように設けた複数の穴に遊嵌された該胴壁厚みよりも大きい外径のボールとを備えてなり、
   該ボールが前記穴から脱落しないように穴の内外開口部周縁が狭められており、
   該ボールの一部が前記穴の開口部から外方へ露出しており、
   該ボールが全方位に回転自在に保持されてなり、該ボールに帯状体を点接触させて巻き回すようにしてなる
   ことを特徴とするターンバー。
3. 前記円筒状のターンバー本体内面に、該ターンバー本体の軸心と軸心を一致させて円柱状の芯体を挿設したことを特徴とする請求項２に記載のターンバー。
4. 前記円筒状のターンバー本体と前記挿設した芯体とが固定手段により一体化されていることを特徴とする請求項３に記載のターンバー。
5. 前記円筒状のターンバー本体が、前記挿設した芯体に対して回転自在であることを特徴とする請求項３に記載のターンバー。
6. 前記円筒体状のターンバー本体の複数本を、該円筒状のターンバー本体の軸方向に連結して構成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のターンバー。

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