(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸状体の案内溝を備えたローラと、該ローラに遊嵌された軸体と、上記ローラの両側面に隙間を設けてそれぞれ配置されたスラスト部材と、上記各スラスト部材を包囲するカバー部材と、上記スラスト部材とカバー部材との間に配置されたシール部材と、上記軸体、各スラスト部材、及び各カバー部材を一体的に固定する固定用ネジとからなり、上記軸体の外周面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラと軸体との隙間に静圧流体膜を形成するとともに、上記スラスト部材の内面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラとスラスト部材との隙間に静圧流体膜を形成することにより上記ローラを回転自在に支承してなるガイドローラであって、上記スラスト部材は変形可能に構成され、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材の上記隙間幅が前記軸体から隙間開口部に向かって次第に拡長又は縮長するよう調整可能に構成されていることを特徴とする糸状体のガイドローラ。
【請求項２】
上記スラスト部材の外側中央に凹部を形成して変形可能に構成され、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材との上記隙間幅が上記軸体から隙間開口部に向かって次第に縮長するよう調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の糸状体のガイドローラ。
【請求項３】
上記スラスト部材の内側中央に凹部を形成して変形可能に構成され、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材との上記隙間幅が上記軸体から隙間開口部に向かって次第に拡長するよう調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の糸状体のガイドローラ。
【請求項４】
上記スラスト部材を多孔質体により形成し、該スラスト部材の内面に開口する気孔を流体噴射口としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の糸状体のガイドローラ。
【請求項５】
上記軸体を多孔質体により形成し、該軸体の外周面に開口する気孔を流体噴射口としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の糸状体のガイドローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維や伸線の製造工程において、糸条や伸線などの糸状体を案内する気体軸受け方式のガイドローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、繊維の製造工程において、糸条の加工速度は、紡糸工程で３０００ｍ／分〜５０００ｍ／分、延伸工程では３００ｍ／分〜１０００ｍ／分と速く、近年さらに加工速度の高速化が進んでいる。
【０００３】
ところで、糸条の走行を案内するガイドは、これまで固定式のものが大半を占めていたが、固定式のガイドでは糸条との摩擦抵抗が大きすぎるため、糸に与えるダメージが大きく、糸品質を低下させる要因となっていた。また、糸品種の多様化に伴って糸条の単糸数（糸条を構成するフィラメントの数）も増加する傾向にあり、その結果、単糸一本当たりの太さはより細くなるため、ガイドと糸条の摩擦抵抗が糸品質により一層大きな影響を与える要因となっていた。
【０００４】
その為、糸条との摩擦抵抗を小さくして糸品質を向上させるために、軸受を用いた回転式のガイドローラも用いられているが、軸受にころがり軸受を用いたものでは前述のような高速度で糸条を案内するとローラの焼き付きによって回転が抑制され、ローラと糸条との摩擦係数が増加する結果、糸条へのダメージが次第に大きくなるとともに、遂にはローラが焼き付いて動かなくなるといった課題があった。
【０００５】
そこで、このような欠点を改善するガイドローラとして、ころがり軸受に代えて気体軸受を用いたものが提案されている。
【０００６】
図６に気体軸受け方式の従来のガイドローラの構造を示すように、２１は糸状体の案内溝２１ａを備えたローラ、２２は上記ローラ２１に遊嵌された軸体、２３，２４は上記ローラ２１の両側面にそれぞれ隙間２６を設けて配置された２つのスラスト部材であり、上記各スラスト部材２３，２４の外側はカバー部材２７，２８によってそれぞれ包囲されている。そして、上記軸体２２の外周面に形成された流体噴射口２２ａより流体、例えば空気を噴出させてローラ２１との間に静圧流体膜を形成し、上記ローラ２１を回転自在に支承するとともに、上記流体噴射口２２ａより噴出された流体の一部をローラ２１とスラスト部材２３，２４との隙間２６にも供給し、各スラスト部材２３，２４のローラ側の内面に形成されたスラスト溝２３ｂ，２４ｂによって静圧流体膜を形成し、ローラ２１がスラスト方向に移動することを規制するようになっていた。
【０００７】
このような気体軸受け方式のガイドローラは、前述のような高速度で糸条を案内してもローラ２１の焼き付きがなく、高品質の糸を提供できるといった利点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６のガイドローラは、ラジアル方向の剛性は高いものの、スラスト方向は組立時におけるローラ２１とスラスト部材２３，２４との隙間２６の管理が適正でないと、ローラ２１とスラスト部材２３，２４との隙間２６に形成される静圧流体膜が不均一となり、スラスト荷重が加わるとローラ２１の回転特性が不安定となり、酷いときにはニューマティックハンマーと呼ばれる激しい振動を生じたり、あるいはローラ２１がスラスト部材２３，２４のいずれか一方と接触すると、面当たりとなるためにローラ２１の回転速度が急激に低下し、ローラ２１と糸条との摺動抵抗が大きくなって糸品質が低下するとともに、酷いときにはローラ２１が回転しないこともあった。
【０００９】
さらに、このようなガイドローラを製作するにあたっては、ローラ２１、軸体２２、スラスト部材２３，２４等の各部材を高精度に加工するとともに、ローラ２１とスラスト部材２３，２４との隙間２６管理が十分になされていないと安定したローラ２１の回転特性が得られないため、ガイドローラの製作には手間がかかり、製作費もかさむといった課題があった。しかも、このようなガイドローラは定期的なメンテナンスが必要であり、その度毎に分解、組み立てを行わなければならないことから、熟練者でなければ作業することが難しかった。
【００１０】
【発明の目的】
本発明は、これらの課題を一掃し、ローラの回転バラツキが少なく、安定した高速回転が可能で、かつメンテナンス性に優れたガイドローラを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、請求項１に係る発明は、糸状体の案内溝を備えたローラと、該ローラに遊嵌された軸体と、上記ローラの両側面に隙間を設けてそれぞれ配置されたスラスト部材と、上記各スラスト部材を包囲するカバー部材と、上記スラスト部材とカバー部材との間に配置されたシール部材と、上記軸体、各スラスト部材、及び各カバー部材を一体的に固定する固定用ネジとからなり、上記軸体の外周面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラと軸体との隙間に静圧流体膜を形成するとともに、上記スラスト部材の内面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラとスラスト部材との隙間に静圧流体膜を形成することにより上記ローラを回転自在に支承してなるガイドローラであって、上記スラスト部材を変形可能に構成することとともに、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材の上記隙間幅が前記軸体から隙間開口部に向かって次第に拡長又は縮長するよう調整可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、上記スラスト部材の外側中央に凹部を形成して変形可能に構成し、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材との上記隙間幅が上記軸体から隙間開口部に向かって次第に縮長するよう調整可能に構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、上記スラスト部材の内側中央に凹部を形成して変形可能に構成し、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材との上記隙間幅が上記軸体から隙間開口部に向かって次第に拡長するよう調整可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記スラスト部材を多孔質体により形成し、該スラスト部材の内面に開口する気孔を流体噴射口としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、上記軸体を多孔質体により形成し、該軸体の外周面に開口する気孔を流体噴射口としたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る糸条体のガイドローラを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図、図２は図１のガイドローラを示す分解斜視図であり、１は外周面に糸条体の案内溝１ａを備えた円筒状のローラ、２は上記ローラ１の内孔に遊嵌される円柱状の軸体、３，４は上記ローラ１の両側面にそれぞれ隙間６を設けて配置された多孔質体からなる円板状のスラスト部材、９は一方のスラスト部材３を包囲する第１のカバー部材、１０は他方のスラスト部材４を包囲する第２のカバー部材、１１は上記第１のカバー部材９、スラスト部材３、軸体２、スラスト部材４、第２のカバー部材１０を一体的に固定する固定用ネジである。
【００１８】
上記第１のカバー部材９、スラスト部材３，４、軸体２には軸方向に流体を供給する流体供給孔２ｃ，３ｃ，４ｃ，９ｃをそれぞれ穿設するとともに、上記軸体２には流体供給孔２ｃから外周面まで連通する流体導入孔２ｂを穿設してあり、この流体導入孔２ｂの出口を流体噴射口２ａとしてある。そして、上記流体噴射口２ａより流体を噴出させ、ローラ１との隙間５に静圧流体膜を形成することで上記ローラ１を回転自在に支承するようになっている。なお、上記軸体２はローラ１の幅より若干長くなるように構成してある。
【００１９】
また、上記スラスト部材３，４の外側中央にはそれぞれ軸体２の断面積より大きな円形の凹部３ａ，４ａを形成するとともに、第１のカバー部材９とスラスト部材３との間及び第２のカバー部材１０とスラスト部材４との間にそれぞれシール部材７としてＯリングを介在させてあり、第１のカバー部材９の流体供給孔９ｃより供給された流体が第１のカバー部材９とスラスト部材３との間及び第２のカバー部材１０とスラスト部材４との間より漏れることを防ぎ、各スラスト部材３，４の内面に開口する気孔（流体噴射口）より噴出させてローラ１との隙間６に静圧流体膜を形成するようにしてある。
【００２０】
そして、固定用ネジ１１を仮止めした状態では図３のようにローラ１とスラスト部材３，４との隙間６はほぼ一定幅に形成されることになるが、固定用ネジ１１を締め付けると、図１（ｂ）に示すようにスラスト部材３，４の中央が軸体２によって押され、結果としてスラスト部材３，４の周縁が第１のカバー部材９及び第２のカバー部材１０によってそれぞれ押圧された状態となり内側に変形するため、ローラ１とスラスト部材３，４との上記隙間幅が軸体２から隙間開口部に向かって次第に縮長した構造とすることができる。
【００２１】
かくして、本発明のガイドローラにて糸条体を案内すると、ローラ１が滑らかに回転し、糸状体を高速度で案内することができる。また、何らかの拍子にローラ１がスラスト部材３，４と接触したとしても従来のように面当たりではなく、点又は線当たりになるのでローラ１の回転速度の低下や回転ムラを極力抑えることができる。
【００２２】
また、本発明のガイドローラは、固定用ネジ１１の締付け力を調整することで、ローラ１とスラスト部材３，４の隙間幅の拡長度合いを容易に制御することができるため、大きなスラスト剛性が得られるようにローラ１とスラスト部材３，４の隙間６の管理を容易に行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明のガイドローラでは、ローラ１、軸体２、スラスト部材３，４のそれほど厳密な寸法精度が不要であり、また、製作時やメンテナンス時において、高精度な組立て管理も不要であるため、熟練者でなくても容易に製作及びメンテナンスを施すことができる。
【００２４】
ところで、上記スラスト部材３，４に形成した凹部３ａ，４ａの穴径は、軸体２の断面積より大きく形成することが好ましく、スラスト部材３，４の変形による隙間６の管理を固定用ネジ１１により容易に行うことができる。なお、スラスト部材３，４の凹部３ａ，４ａの肉厚（凹部３ａ，４ａの底面からローラ１側内面までの距離）は、変形し易くする観点から５ｍｍ以下とすることが良い。ただし、肉厚が薄くなり過ぎると強度を保つことが難しくなり、管理された変形度合いを維持することが難しくなるため、下限値は１ｍｍ以上とすることが良い。
【００２５】
また、ローラ１の回転特性（回転バラツキ・耐荷重）を左右するローラ１と軸体２との隙間５及びローラ１とスラスト部材３，４との隙間６の幅はそれぞれ５〜２０μｍに管理するのが望ましい。なお、ローラ１とスラスト部材３，４との隙間６の管理においては最も狭い箇所で管理すれば良い。
【００２６】
さらに、スラスト部材３，４は多孔質体により形成してあり、ローラ１側の内面に開口する気孔を流体噴射口とし、ローラ１とスラスト部材３，４との隙間６に静圧流体膜を形成するようにしてある。その為、スラスト部材３，４の内面からほぼ均一に流体を噴出させることができるためにローラ１のスラスト方向の剛性を高めることができ、以てローラ１の振動を防いでニューマティックハンマーの発生を防ぐことができる。
【００２７】
このようなスラスト部材３，４を構成する多孔質体としては、平均粒径が５μｍ以下でかつ平均気孔径が０．４〜２μｍの範囲にあるものが良く、これらの範囲にある多孔質体を用いれば前述したようなニーマティックハンマーの発生を効果的に防止することができる。
【００２８】
また、ガイドローラを構成する部材のうち、ローラ１は案内溝１ａが糸条体と摺動するとともに、内面が軸体２と、側面がスラスト部材３，４とそれぞれ摺動する恐れがあるため、高剛性で耐摩耗性に優れるとともに、高速回転させるために比重の小さな材料にて製作する必要があり、例えば、アルミナ、チタニア、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等を主成分とするセラミックスを用いることができる。
【００２９】
また、ローラ１と摺動する軸体２及びスラスト部材３，４も、ローラ１の回転精度に大きな影響を与える部材であることから、高精度に加工できるとともに、耐摩耗性に優れた材料により形成することが好ましく、アルミナ、チタニア、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア等を主成分とするセラミックスにより形成すれば良い。
【００３０】
さらに、各カバー部材９，１０は軸受けを構成するための機械的強度があれば良く、ステンレス、アルミニウム、真鍮などの金属材料であれば十分に機能を果たすことができる。
【００３１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
【００３２】
図４は図１のガイドローラのうち、軸体２を多孔質体により形成したものである。このように、軸体２も多孔質体で形成することにより、軸体２の外周面に開口する気孔を流体噴射口とすることができ、ローラ１に向かって均一に流体を噴出させることができるため、均一な静圧流体膜を形成し、ローラ１の回転をより一層滑らかにすることができる。
【００３３】
図５は、図１のガイドローラのうち、スラスト部材３，４に形成する凹部３ａ，４ａを内側中央に設けたものであり、固定用ネジ１１を締め付けることによりスラスト部材３，４の周縁を外側に変形させるようにし、ローラ１とスラスト部材３，４の隙間幅を軸体２から隙間開口部に向かって次第に拡長するように構成したものである。
【００３４】
このような構造としてもローラ１が何らかの拍子にスラスト部材３，４と摺動したとしても面当たりではなく、点又は線当たりとすることができるため、ローラ１の回転速度の低下や回転ムラを極力抑えることができるとともに、固定用ネジ１１の締付け量を調整することで、大きなスラスト剛性が得られるようにローラ１とスラスト部材３，４の隙間６の幅を容易に制御することができる。
【００３５】
なお、図５に示すガイドローラの場合、その構造上の問題からネジ１１の締付け力を大きくすると、ローラ１とスラスト部材３，４の間隔が内側から外側に向かって大きくなり過ぎるため、軸体２の材質にはセラミックスに比べて剛性（ヤング率）の小さなガラスや金属材料を用いたり、あるいはセラミックスや焼結金属等の多孔質体を用いることが良く、これらの材料を用いれば固定用ネジ１１の締め付け力によって軸体２を若干収縮させ、ローラ１とスラスト部材３，４の隙間が大きくなり過ぎることを防ぐことができる。
【００３６】
また、スラスト部材３，４の周縁を有効的に変形させるためには、スラスト部材３，４に形成する凹部３ａ，４ａの穴径を軸体２の断面積より小さくすることが必要であり、さらに、凹部３ａ，４ａの穴径を小さくし、ネジ１１の締め付け力を大きくすることで、軸体２の収縮度合いを大きくすることができるため、結果としてローラ１とスラスト部材３，４の隙間幅を管理し易くすることができる。
【００３７】
なお、スラスト部材３，４の凹部３ａ，４ａの肉厚（凹部３ａ，４ａの底面からローラ側内面までの距離）は図１と同様に変形のし易さと強度保持の観点から１〜５ｍｍの範囲とすることが良い。
【００３８】
【実施例】
図１及び図４に示す糸状体のガイドローラを試作し、繊維の製造工程で使用される延伸仮撚機に取り付け、上記ガイドローラに５ｋｇ／ｃｍ2 の圧縮空気を供給するとともに、糸条の加工速度を８００ｍ／分とし、ポリエステルフィラメント糸を１５０ｄ／４８ｆの条件にて加工し、その時のローラ１の回転数が１００００ｒｐｍ以上あるか否かを調べた。
【００３９】
なお、各ガイドローラを構成するローラ１、軸体２、スラスト部材３，４はいずれも純度９９．５％程度のアルミナセラミックスにより形成するとともに、各部材の寸法は以下の通りとした。
【００４０】
ローラ１の外径３６ｍ、内径１５ｍｍ、肉厚２０ｍｍ、軸体２の外径１４．９８０ｍｍ、長さ２０．０２０ｍｍ、スラスト部材３，４の外径３０ｍｍ、肉厚５ｍｍ、スラスト部材３，４の凹３ａ，４ａの直径２０ｍｍ、肉厚３ｍｍ（ただし、図４の構造のものはスラスト部材３，４の凹３ａ，４ａの直径を１２．５ｍｍとした。）
この場合、ローラ１と軸体２の隙間５及びローラ１とスラスト部材３，４の隙間６は仮固定した時はいずれも隙間幅が１０μｍあり、固定用ネジ１１の締めつけにより調整した。
【００４１】
この結果、いずれのガイドローラも１２５００ｒｐｍ程度の回数数が得られ、回転ムラや振動もなく滑らかに回転させることができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、糸状体の案内溝を備えたローラと、該ローラに遊嵌された軸体と、上記ローラの両側面に隙間を設けてそれぞれ配置されたスラスト部材と、上記各スラスト部材を包囲するカバー部材と、上記スラスト部材とカバー部材との間に配置されたシール部材と、上記軸体、各スラスト部材、及び各カバー部材を一体的に固定する固定用ネジとからなり、上記軸体の外周面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラと軸体との隙間に静圧流体膜を形成するとともに、上記スラスト部材の内面に備える流体噴射口より流体を噴出させて前記ローラとスラスト部材との隙間に静圧流体膜を形成することにより上記ローラを回転自在に支承してなるガイドローラであって、上記スラスト部材を変形可能に構成することとともに、上記固定用ネジの締め付け度合いにより前記ローラとスラスト部材の上記隙間幅が前記軸体から隙間開口部に向かって次第に拡長又は縮長するよう調整可能に構成したことから、糸条体をこのガイドローラにより案内すると、ローラが滑らかに回転し、糸状体を高速度で案内することができる。また、ローラがスラスト部材と接触したとしても従来のように面当たりではなく、点又は線当たりとすることができるため、ローラの回転速度の低下や回転ムラを極力抑えることができ、以て、糸状体とローラとの摺動抵抗を極力低減し、高品質の糸状体を安定して提供することができる。
【００４３】
特に、本発明は、上記スラスト部材の外側中央に凹部を形成するか、あるいは上記スラスト部材の内側中央に凹部を形成して変形可能に構成してあることから、上記固定用ネジの締め付け量を調整することによりローラとスラスト部材の隙間幅を容易に管理することができるとともに、熟練者でなくても組み立て、メンテナンスを施すことができる。
【００４４】
さらに、本発明によれば、上記スラスト部材を多孔質体により形成し、該スラスト部材の内面に開口する気孔を流体噴射口としてあることから、スラスト剛性を高めることができ、ローラの振動を防いでニューマティックハンマー現象を防止することができる。
【００４５】
また、本発明は、上記軸体を多孔質体により形成し、該軸体の外周面に開口する気孔を流体噴射口としてあるととから、均一な静圧流体膜を形成することができ、ローラの振動や回転ムラをより一層低減することができる。
【００４６】
かくして、本発明に係る糸状体のガイドローラを、繊維製造工程のガイドローラとして用いることにより、糸条とローラとの摺動による摩擦抵抗が大幅に減少され、糸へのダメージが少なくなり、摩擦抵抗が少なくしかも安定することにより、糸条の走行時の糸張力の変動も少なくなり、品質の良い糸を製作することができるとともに、糸条の加工速度をより早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る糸状体のガイドローラの一例を示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図２】図１に示すガイドローラの分解斜視図である。
【図３】図１に示すガイドローラの組み立て時の状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る糸状体のガイドローラの他の例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る糸状体のガイドローラの他の例を示す縦断面図である。
【図６】従来のガイドローラを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・ローラ
２・・・軸体
２ａ・・・流体噴射口
２ｂ・・・流体導入孔
２ｃ・・・流体供給孔
３，４・・・スラスト部材
３ａ，４ａ・・・スラスト部材の凹部
３ｃ，４ｃ・・・流体供給孔
５・・・ローラと軸体との隙間
６・・・ローラとスラスト部材との隙間
７・・・シール部材
９・・・第１のカバー部材
１０・・・第２のカバー部材
１１・・・固定用ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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