(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部にシート材が走行される円筒状のガイドロール本体と支軸に固着されガイドロール本体の開口に配設されるガイドロール蓋部材とを有するガイドロール部材と、このガイドロール部材に内挿される支軸とを備えたシート材のガイドロール装置において、
前記ガイドロール部材がその両端部に支軸に対して回転自在な気体軸受を備え、
前記気体軸受の内周面に環状に第１の弾性体が備えられ、
前記気体軸受の非軸受端面と前記ガイドロール蓋部材との間に隙間が設けられ、この隙間に第２の弾性体が備えられていることを特徴とするシート材のガイドロール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フィルムなどのシート状の被加工材（以下、シート材という）を走行可能に支持して走行経路を構成するシート材のガイドロール装置に関し、特にシート材の走行速度に対するガイドロール部材の回転速度の追従性を高め、シート材の傷つきを防いだシート材のガイドロール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シート材を各種装置に搬送する場合には、シート材に張力を与える目的で、シート材のガイドロール装置が用いられている。このシート材のガイドロール装置は、外周部にシート材が走行される円筒状のガイドロール部材と、このガイドロール部材に内挿される支軸と、この支軸を回転自在に支持する軸受とから構成されている。そして、軸受には、一般に転がり軸受が用いられている。
【０００３】
転がり軸受を用いたシート材のガイドロール装置としては、玉軸受を介して、ガイドロール部材に固定された導電性を有する環状部材と、駆動軸に固定されたＳ極とＮ極がそれぞれ交互に設けられたマグネットリング部材とを対向して配置することで、環状部材とマグネットリング部材との間に発生する磁束を利用して、ガイドロール部材がシート材の走行速度の変化に追従できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、滑り軸受を用いたシート材のガイドロール装置としては、気体軸受を用いることで、ガイドロール部材をシート材から受けるすべり摩擦力のみによって回転できるようにして、ガイドロール部材を回転させるための駆動源を不要としたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２１５０号公報（段落００１５，００４６、図３）
【特許文献２】特開平７−２８５７１９号公報（段落００１７，００４２、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に係るシート材のガイドロール装置では、玉軸受と支軸との間に摩擦によって転がり抵抗が生じるために、ガイドロール部材の回転速度がシート材の走行速度に追従できない。そのため、特許文献１に係るシート材のガイドロール装置では、モーターなどの駆動源を用いてガイドロール部材の回転を補わなければならず、駆動機構が複雑となる。
【０００７】
近年では、転がり抵抗を低減させることで、駆動源を不要としたシート材のガイドロール装置も開発されている。しかし、駆動源を不要としたシート材のガイドロール装置でも、常に転がり抵抗が生じるために、ガイドロール部材の回転速度がシート材の走行速度に追従できない場合が生じ、シート材とガイドロール部材とが擦れてシート材に傷がついてしまう。
【０００８】
前記特許文献２に係るシート材のガイドロール装置では、気体軸受がほかの軸受よりも軸受剛性が低くいために、ガイドロール部材の自重による撓（たわ）みを矯正できない。そのため、特許文献２に係るシート材のガイドロール装置では、特にガイドロール部材が長尺になると軸受隙間（すきま）を維持できなくなり、ガイドロール部材が回転不良となる。
【０００９】
また、特許文献２に係るシート材のガイドロール装置では、例えば撓みによって真直が狂ったガイドロール部材を回転させると、いわゆる縄跳び現象（ここでは、ガイドロール部材が１回転すると、半回転ごとに撓み分だけ軸心から外れ、１回転ごとに元に戻る現象をいう）が起こり、ガイドロール部材と支軸との角度が変化するために、軸受隙間を維持できなくなり、ガイドロール部材が回転不良となる。
【００１０】
さらに、近年ではシート材の高機能化が図られた結果、従来は特に問題とせずに済まされていた程度の傷も、歩留りを悪化させるようになった。
【００１１】
そこで、この発明では、前記した課題を解決し、シート材の走行速度に対するガイドロール部材の回転速度の追従性を高め、シート材の傷つきを防いだシート材のガイドロール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】
【００１２】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、ガイドロール部材の両端部に支軸を回転自在に支持する気体軸受を設け、この気体軸受の内周面に環状に第１の弾性体を設けるようにした。さらに、気体軸受の非軸受端面とガイドロール部材との間に隙間を設け、この隙間に第２の弾性体を設けるようにした。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、気体軸受の内周面に環状に第１の弾性体を設けるようにしたので、例えばガイドロール部材が自重によって撓み、ガイドロール部材と支軸との角度が変化すると、第１の弾性体が変形し、軸受部材を支軸に対して傾かせる（この動きをを、軸受部材が首を振るという）ことができる。つまり、第１の弾性体が変形することで、ガイドロール部材と支軸との角度変化に追従して連続的に、軸受部材と支軸との角度も変化させることができる。このように気体軸受に首振り機構を設けたので、ガイドロール部材が撓んでも、ラジアル軸受面をガイドロール部材と平行に保ちながら、ラジアル方向の軸受隙間を最適な間隔に保つことができる。
【００１４】
さらに、請求項１に係る発明によれば、気体軸受の非軸受端面とガイドロール部材との間に隙間を設け、この隙間に第２の弾性体を設けるようにしたので、例えばガイドロール部材が自重によって撓み、ガイドロール部材がスラスト方向中央に引っ張られると、第２の弾性体が変形し、気体軸受の非軸受端面とガイドロール部材との間の隙間を、ガイドロール部材がスラスト方向中央に移動した分だけ広げることができる。このように気体軸受の端面とガイドロール部材との間に緩衝機構を設けたので、首振り機構と協働してガイドロール部材が撓んでも、スラスト軸受面をガイドロール部材と直角に保ちながら、スラスト方向の軸受隙間を最適な間隔に保つことができる。
【００１５】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、ガイドロール部材の両端部に第１の弾性体と第２の弾性体を備える気体軸受を設けるようにしたので、気体軸受の首振り機構と緩衝機構によって、ガイドロール部材の撓みに対して自動調心することができる。その結果として、ラジアル方向とスラスト方向の軸受隙間を平行かつ最適な間隔に保つことができ、非接触状態を維持できるので、気体軸受であってもガイドロール部材を安定して回転させることができる。
【００１６】
ひいては、請求項１に係る発明によれば、気体軸受を用いることで摩擦抵抗がなくなるために、シート材の走行速度に対するガイドロール部材の回転速度の追従性を高めことかできる。その結果として、シート材とガイドロール部材との速度差をなくすことができるので、シート材とガイドロール部材とが擦れることによるシート材の傷つき防ぎ、歩留りの向上、品質の向上にも貢献することができる。
【００１７】
これら以外にも、気体軸受の特有の効果として、転がり軸受のように注油の必要がないため保守が容易であり、転がり軸受のような摩擦による摩耗がないため長寿命でもある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係るガイドロール装置の全体斜視図である。
【図２】実施形態に係るガイドロール装置の要部分解斜視図である。
【図３】実施形態に係るガイドロール装置の要部断面図である。
【図４】実施形態に係るガイドロール装置の自動調心の様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、この発明の創作の基礎となる事項について簡単に説明する。発明者は、ガイドロール装置の軸受として気体軸受を用いることができれば、駆動源を用いなくてもシート材の走行速度に対するガイドロール部材の回転速度の追従性を高めることができると考え、気体軸受がガイドロール部材の撓みを矯正できるほどの軸受剛性を有していないのであれば、軸受剛性の低さを機構的に補うことでガイドロール装置への気体軸受の適用を検討してきた。
【００２０】
そして、発明者は、一般に気体軸受ではガイドロール部材の撓みを矯正できず、ガイドロール部材を安定して回転させることができないと考えられているところ、軸受部材に首振り機構と緩衝機構を設けることで軸受剛性の低さを補うことができることを見いだし、この発明を創作するに至ったものである。
【００２１】
次に、この発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、この発明に係るガイドロール装置の全体斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、ガイドロール装置１は、外周部にシート材Ｓが走行される円筒状のガイドロール部材２と、ガイドロール部材２に内挿される支軸３と、支軸３を回転自在に支持する気体軸受４とを有して構成されている。
【００２３】
ガイドロール装置１は、図示しないコンプレッサーなどの圧縮気体供給源からチューブ５を介して気体軸受４に圧縮気体が供給されることで、気体軸受４が支軸３を非接触状態に保持するように構成されている。そして、ガイドロール装置１では、例えばシート材Ｓを矢印方向に搬送する場合には、シート材Ｓから受ける摩擦力によって、ガイドロール部材２がシート材Ｓの走行速度と同期して回転することで、シート材Ｓに張力を与えながらシート材Ｓを各種装置に搬送するように構成されている。
【００２４】
図２は、実施形態に係るガイドロール装置１の要部分解斜視図であり、図１に示すガイドロール装置１の左端部に配設される気体軸受４の分解斜視図である。
【００２５】
図２に示すように、気体軸受４は、内筒４１と、外筒４２と、それらの一端面に配設されるフランジ４３とを有して構成されている。
【００２６】
内筒４１は、筒状の部材であって、その外周面に多孔質材料から成るラジアル軸受面４１ａと、その一端面、ここではガイドロール部材２側の端面に多孔質材料から成るスラスト軸受面４１ｂが形成されている。また、内筒４１には、スラスト軸受面４１ｂが形成されていない端面（以下、非軸受端面４１ｃという）に、ラジアル軸受面４１ａとスラスト軸受面４１ｂに圧縮気体を供給するための圧縮気体供給孔４１ｄが形成されている。
【００２７】
内筒４１には、その内周面に環状に第１の弾性体６、ここでは０リング６が内筒４１の中央部に１つ備えられている。また、内筒４１には、非軸受端面４１ｃに第２の弾性体７、ここではバネ７が非軸受端面４１ｃの円周上にわたって複数備えられている。
【００２８】
外筒４２は、筒状の部材であって、内筒４１に形成されたラジアル軸受面４１ａと軸受隙間を有して対向するように構成されている。
【００２９】
フランジ４３は、鍔（つば）状の部材であって、内筒４１に形成されたスラスト軸受面４１ｂと軸受隙間を有して対向するように構成されている。
【００３０】
以上のように構成される気体軸受４は、一般に内筒４１と外筒４２とフランジ４３が組み立てられた状態で、ガイドロール部材２、詳細にはガイドロール本体２１の両端部に内挿される。そして、ガイドロール蓋（ふた）部材２２によって蓋をされ、ガイドロール本体２１に装着される。
【００３１】
ガイドロール蓋部材２２は、ガイドロール部材２を構成する輪形の部材であって、内筒４１に設けられた圧縮気体供給孔４１ｄに圧縮気体を供給するためのチューブ５（図１参照）を通すための切り欠き状の継孔２２ａが形成されている。ガイドロール蓋部材２２は、非軸受端面４１ｃと隙間を有して対向した状態で、支軸３に固着される。
【００３２】
図３は、実施形態に係るガイドロール装置１の要部断面図であり、図１に示すガイドロール装置１の左端部に配設される気体軸受４に設けられた首振り機構と緩衝機構を示す断面図である。また、図４は、実施形態に係るガイドロール装置１の自動調心の様子を示す断面図である。
【００３３】
図３に示すように、実施形態に係るガイドロール装置１の要部である気体軸受４には、首振り機構として、気体軸受４の内周面に、より詳細には内筒４１の内周面に環状に第１の弾性体６、ここでは０リング６が内筒４１の中央部に備えられている。
【００３４】
また、緩衝機構として、非軸受端面４１ｃとガイドロール部材２との間に、より詳細には非軸受端面４１ｃとガイドロール蓋部材２２との間に隙間が設けられ、この隙間に第２の弾性体７、ここではバネ７が非軸受端面４１ｃに形成された凹（おう）部に差し入れられている。
【００３５】
以上のように構成されたガイドロール装置１では、図４に示すように、ガイドロール部材２が自重によって撓み、ガイドロール部材２と支軸３との角度が変化する方向に、直角方向からずれた方向に力が加わると、その力によってＯリング６とバネ７ａ，７ｂが変形し、ラジアル軸受面４１ａと外筒４２の隙間と、スラスト軸受面４１ｂとフランジ４３の隙間が平行かつ最適な間隔に保たれる。
【００３６】
詳細に説明すると、例えばガイドロール部材２が下方に撓むと、ガイドロール部材２の左端部と気体軸受４には、矢印に示す方向に力が加わる。このとき、Ｏリング６は、矢印に示す方向に滑りながら、加わる力によって押しつぶされる。
【００３７】
また、このとき、バネ７ａは、非軸受端面４１ｃとガイドロール蓋部材２２の隙間が広がるため、圧縮力が弱まり伸びる。一方、バネ７ｂは、非軸受端面４１ｃとガイドロール蓋部材２２の隙間が狭まるため、圧縮力が強まり縮む。
【００３８】
このように、Ｏリング６が滑りながら変形し、バネ７ａ，７ｂが内筒４１の動きを妨げないように伸び縮みする。そして、内筒４１は、ガイドロール部材２と支軸３との角度変化に追従して連続的に、首を振るように動く。その結果として、ラジアル軸受面４１ａと外筒４２の隙間は、平行かつ最適な間隔に保たれる。
【００３９】
また、バネ７ａは伸びながら、バネ７ｂは縮みながら、内筒４１をスラスト軸受面４１ｂ側に付勢し続ける。その結果として、スラスト軸受面４１ｂとフランジ４３の隙間は、平行かつ最適な間隔に保たれる。
【００４０】
さらに、ガイドロール部材２が撓むと、ガイドロール部材２がスラスト方向中央に引っ張られる。このとき、バネ７は、非軸受端面４１ｃとガイドロール蓋部材２２との隙間が広がるため、圧縮力が弱まり伸びる。そして、バネ７は伸びながら、内筒４１をスラスト軸受面４１ｂ側に付勢し続ける。その結果として、スラスト軸受面４１ｂとフランジ４３の隙間は、平行かつ最適な間隔に保たれる。
【００４１】
この発明の実施形態に係るガイドロール装置１では、ガイドロール部材２が撓んでも、ラジアル軸受面４１ａと外筒４２の隙間と、スラスト軸受面４１ｂとフランジ４３の隙間が平行かつ最適な間隔に保たれるため、ガイドロール部材２が安定して回転する。
【００４２】
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は前記実施形態には限定されない。例えば、この発明に係る第１の弾性体６はＯリングに限られるものではなく、バネでも構わない。さらに、弾性体と同じ役目を果たす球面座でも構わない。また、この発明に係る第２の弾性体７はコイルバネに限られるものではなく、板バネでも構わない。さらに、バネ以外に、ゴムでも構わない。
【００４３】
この発明において非軸受端面４１ｃとは、内筒４１の端面のうちで、スラスト軸受面４１ｂが形成されていない側の端面をいう。
【００４４】
この発明において非軸受端面４１ｃとガイドロール部材２との間とは、非軸受端面４１ｃとガイドロール蓋部材２２との間のことをいう。
【００４５】
この発明においてガイドロール部材２が撓むとは、ガイドロール部材２のみが撓む場合のほか、ガイドロール部材２と支軸３が共に撓む場合も含む。一般に、ガイドロール部材２と支軸３とでは撓み具合が異なるため、ガイドロール部材２と支軸３との角度が変化することになる。
【符号の説明】
【００４６】
１      ガイドロール装置
２      ガイドロール部材
２１    ガイドロール本体
２２    ガイドロール蓋部材
３      支軸
４      気体軸受
４１    内筒
４１ａ  ラジアル軸受面
４１ｂ  スラスト軸受面
４１ｃ  非軸受端面
４２    外筒
４３    フランジ
６      第１の弾性体（Ｏリング）
７      第２の弾性体（バネ）
【図１】
0005475368.tif 000002
【図２】
0005475368.tif 000003
【図３】
0005475368.tif 000004
【図４】
0005475368.tif 000005