JP2007217146A - 巻取装置 - Google Patents

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久二彦 菊池
Koichi Tsuji
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Abstract

【課題】巻取り軸を停止せずに、エアやシワの混入、巻ずれ等の発生を抑えてシート状物の高品質な連続巻取りを可能にする。
【解決手段】巻取り軸11、12を回転させたまま連続的に切り替えると共に、巻取りを巻取り軸12から巻取り軸11に切り替えて行なうときには、巻取り軸の切り替え前に予め圧接ローラ13を巻取り軸11と等速度(巻取り軸11の回転速度±10%)に増速し、巻取り軸を巻取り軸11に切り替えた後に増速された圧接ローラ13を巻取り軸11上のウェブ10の表面(最表面)に接触させるようになっている。
【選択図】図1

Description

本発明は、シート状物を巻き取る巻取装置に関し、詳しくは、巻取り軸を回転駆動したまま連続的に切り替えると共に、巻き取られるシート状物に圧接ローラを接触させながら巻取りを行なう巻取装置に関する。
従来から、スリッター機あるいはワインダーと呼ばれる巻替え仕上げ機において、シート状物を巻き取ってロールを形成する際に、空気の巻き込みを防止するために圧接ローラが使用されている。連続的に巻取り軸を切替る方法については、これまでに多数の提案がなされている(例えば、特許文献1〜4参照)。
連続的に巻取り軸を切り替えて巻き取る場合、巻取り軸にシート状物を巻き取っていく過程において、巻き硬さが硬くなりすぎることによって生ずる巻締まりシワや、巻取り時における空気の巻き込み防止が不充分であったことによる巻ずれ、軸巾方向のニップ圧不均一による空気班状欠陥など種々の問題が発生しやすい。
このような問題に対し、種々の方法が提案されており(例えば、特許文献5〜10参照)、例えば、ローラシェルに同芯状に軸を挿入し、該軸と前記ローラシェルとの間に長手方向に一定の間隔を隔てて球面軸受けを装着した圧接ローラに関する開示があり(例えば、特許文献8参照)、撓みのあるローラを用いたときの不均一ニップが解消されるとされている。
一方、近年では、生産効率の向上の点から、生産ラインの速度が高速化しており、圧接ローラを付設した巻取装置が主として使用されるようになっている。
特開昭61−124460号公報 特開平7−277558号公報 特開平10−272636号公報 特開2005−89177号公報 実公平6−38031号公報 実開平7−24986号公報 特開平8−34550号公報 特開平9−156808号公報 特許2888139号 特開2003−341888号公報
しかしながら、連続的に巻取り軸を切替えて巻き取る方法において圧接ロールを使用する場合、巻取り軸を切替えた後に圧接ロールを切り替えられた巻取り軸の最表面に接触させる必要があるが、その際にシワの発生や巻ずれ等の巻取り品質を損なう故障が発生しやすく、上記した従来の技術のみではこれらの故障を解消するのは不充分である。
本発明は、上記に鑑み成されたものであり、巻取り軸を回転駆動させたまま切り替えてシート状物を連続的に巻き取る過程において、巻取り軸を停止せずに、エアの巻き込み、シワや巻ずれ等の故障の発生を抑えて高品質にシート状物を連続的に巻き取ることができる巻取り装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
前記目的を達成するために、本発明の巻取装置は、シート状物を巻き取る巻取り軸と、駆動軸を内設する同芯のローラシェルを含み、前記駆動軸と前記ローラシェルとが巾方向中央部で連結され、前記巻取り軸に巻き取られた前記シート状物と圧接する圧接ローラと、を備え、回転している前記巻取り軸を連続的に切り替えると共に、前記巻取り軸の切り替え前に予め、前記圧接ローラを前記巻取り軸の回転速度±10%の速度に増速し、前記巻取り軸の切り替え後に、増速後の圧接ローラを前記巻取り軸上の最表面に接触させるようにして構成されたものである。
本発明の巻取装置においては、巻取り軸を回転している状態のまま連続的に切り替えて継続して巻取りを行なう場合に、巻取り軸に巻き取られたシート状物と圧接する圧接ローラを、駆動軸とローラシェルとが巾方向中央部で互いに連結された構造に構成することで、巻取り軸上のシート状物と接する圧接ローラによる押圧力が巾方向でばらついた場合に、連結部を中心にローラシェル及び駆動軸間の間隙が増減変化して、ローラシェル/駆動軸間の間隙分の押圧差が吸収されるので、圧接ローラの巾方向におけるシート状物への押圧力のバラツキが解消され、巻き取り時におけるエアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生を効果的に防止することができる。
さらに、巻取り軸の切り替え前に予め、圧接ローラを巻取り軸の回転速度±10%の速度に増速しておき、巻取り軸の切り替え後に増速された圧接ローラを巻取り軸上の最表面(シート状物の表面)に接触させるようにするので、高速搬送されたシート状物の巻取りをエアやシワの混入、巻ずれを伴なわずに良好に行なうことができる。
本発明の巻取装置は、巻取り軸を軸芯方向からみた場合に、巻取り軸上におけるシート状物の巻き込み開始点A及び巻取り軸の軸芯Cを含む直線と、圧接ローラが巻取り軸上の表面で接する接点B及び前記軸芯Cを含む直線との交差角(∠ACB)が30°以上180°以下となるように構成されていることが効果的である。
また、本発明の巻取装置で巻き取るシート状物としては、画像記録用材料であることが望ましい。
本発明によれば、巻取り軸を回転駆動させたまま切り替えてシート状物を連続的に巻き取る過程において、巻取り軸を停止せずに、エアの巻き込み、シワや巻ずれ等の故障の発生を抑えて高品質にシート状物を連続的に巻き取ることができる巻取り装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の巻取装置の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の巻取装置は、図1に示すように、長尺状の画像材料用シート10を連続的に切替えて巻き取る第1の巻取り軸11及び第2の巻取り軸12と、第1の巻取り軸11に巻き取られる画像材料用シート10と圧設する圧接ローラ13と、第2の巻取り軸12に巻き取られる画像材料用シート10と圧接する圧接ローラ14とを備えている。
第1の巻取り軸11は、内部中空で外径φ350mmの断面円形の中空ロールであり、ロール巾方向の両端に取り付けられた回転支持軸(不図示)で支持されると共に、回転支持軸を介して支持アーム15の一端に取り付けられている。回転支持軸は、図示しない駆動ローラと連結され、回転支持軸に回転力を伝達することで巻取り軸11を回転させ得るようになっている。
支持アーム15の他端には、第1の巻取り軸11と同様に構成された第2の巻取り軸12が取り付けられている。支持アーム15は、図1に示すように、巻取り軸11及び12が取り付けられたアームの中央(中心点P)で円盤22と固定され、中心点Pを軸に反時計方向に円盤22と共に回転可能なようになっており、例えば図1のように、第1の巻取り軸11で巻取りを開始し、次第に図2のように巻取り軸11での巻取り量が増えて最大になったときには、巻き取っている画像材料用シート10を一旦切断すると共に、巻き取るための軸を既に巻取速度で回転している巻取り軸12に切替えて連続的に巻取りが行なえるようになっている。なお、巻取り軸12は、巻取り軸11と同様に構成されたものである。
巻取り軸11及び12を構成する材料としては、断面円形の公知の中空ロールの中から、適宜サイズ等を選択して使用することができる。
第1の巻き取り軸11に巻き取られた画像材料用シート10の上には、圧接ローラ13が圧設されており、シートの最表面を押圧しながら巻き取るようにすることで、巻き取られる画像材料用シートへのシワや巻ずれ等の発生を抑えることができるように構成されている。
圧接ローラ13は、それ自体が駆動する駆動ローラに構成されたものである。具体的には、図3に示すように、回転駆動できる駆動軸18と、この駆動軸18を挿入した筒状のローラシェル(外筒)19とが、駆動軸18及びローラシェル19の双方の巾方向中央を基点に左右100mmの位置に、巾方向の長さ(すなわち連結幅)200.0mm、厚み4mmの支点リング(連結部材)20によって連結された構造となっている。支点リングと駆動軸18及びローラシェル19とは、耐熱ボンド接着により固定されている。
駆動軸18は、炭素繊維強化エポキシ樹脂により作製された外径φ150mmの筒状の中空ロール(内筒)16と、筒状ロールの両端に取り付けられた支持軸17とで構成されたものであり、不図示の駆動モータと連動し、駆動軸を介して駆動モータの駆動により圧接ローラ13を回転できるようになっている。
駆動軸は、本実施形態のように内筒となる中空ロールとこれを支持する支持軸を有する構成以外に、内部充填の単一素材で構成された一体構造であってもよい。
駆動は、図4に示すように、駆動モータと駆動軸18とを無端のベルト等を介して連結したり(図4−(a)参照)、マグネットカップリングのような非接触なカップリング接続(図4−(b)参照)により行なうことができる。
ローラシェル19は、炭素繊維強化エポキシ樹脂製の外径φ180mm、厚み10mmの筒状に形成された中空ロールである。このローラシェルは、炭素繊維強化エポキシ樹脂を成型後、フライス加工することにより形成することができる。
このローラシェル19の表面は、図3に示すように、その外周面に一様にローラ硬度(ショアA)が60度となるように、高耐久性のウレタンゴムで被覆されている。
圧接ローラの表面は一般に、画像材料用シートを巻き取る際のエアの巻き込みや、シワの発生、巻ずれ等を効果的に防止する観点から、クッション性を有する材料でコートされた構成が好ましい。クッション性を有する材料としては、ウレタンゴムのほか、NBR、ブチルゴム、ネオプレンゴム等のゴム材、シリコーン、パーフロ、カルレッツなどを使用できる。耐久性の点でウレタンゴム、NBRが好ましい。なお、コート厚は、クッション性や硬度等の諸性能に合わせて適宜選択すればよい。
また、ローラシェル19の表面硬度(ショアA)は、JIS K6253に準じて測定されるものであり、具体的には、デュロメータ(スプリング式ゴム硬度計)を用い、被測定物の表面に圧子(押針など)を押し込んで変形させたときの変形量(押込深さ)を測定することにより得られる。表面硬度(ショアA)は、40〜70度の範囲が好ましい。
ローラシェル19の表面粗さは、画像材料用シート(シート状物)と接触して傷等の故障を回避する点から、Ra(中心線平均粗さ)で5μm以下が好ましい。中心線平均粗さ(Ra)は、JIS B0601:1994に準じて測定される値であり、サーフテストSJ−301(ミツトヨ(株)製)を用いて測定される。
ローラシェルの表面形状は、クラウン形状であっても、溝きり形状であってもよい。
本実施形態では、圧接ローラとして表面がフラットなローラを用いたが、表面がクラウン形状や溝きり形状のものを用いてもよい。
駆動軸18とローラシェル19とは、駆動軸18の軸心とローラシェルの断面円形の円心とが一致するように、互いに同芯となる位置に配置されており、支点リング18によって互いの巾方向中央で連結されている。
駆動軸18とローラシェル19とを連結する連結部材として設けられた支点リング18は、駆動軸の軸巾方向において200.0mmの長さ(巾)のリング状に形成されており、SUS304を用いて成型後、フライス加工することにより作製されたものである。
駆動軸18の軸巾方向中心位置とローラシェル19のシェル巾方向中心位置とを基点として、この基点から巾方向の左右100mmに至る領域に支点リング(巾200.0mm)18を配置し、この支点リングによってローラシェル19とこの中に挿入された駆動軸18とが互いに中央部だけで連結された構成とすることで、巻取り軸上の画像材料用シートと接する圧接ローラによる押圧力が巾方向でばらついた場合、例えば両端部近傍で大きくなるような場合に、回転しながら支点リングを中心に自動的にローラシェル19及び駆動軸18間の間隙を増減変動させ得、ローラシェル19と駆動軸18との間の間隙分の押圧差が吸収されるので、巻取り軸に巻き取られる画像材料用シート表面と圧接する圧接ローラの、巾方向における押圧力のバラツキを解消できる。これにより、圧接ローラによる画像材料用シートへの巾方向の圧力が均一化でき、巻き取り時におけるエアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生が効果的に防止される。
本実施形態では、支点リングを200.0mm巾(長さ)としたが、これに限られず、支点リングの巾は、ローラシェルのシェル巾及び/又は駆動軸の軸巾(長さ)に対して、100〜400mmの範囲とするのが好ましく、150〜300mmの範囲とするのがより好ましい。支点リングの巾が前記範囲内であると、押圧力のバラツキを効果的に吸収でき、エアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生防止に有効である。
上記のように構成された圧接ローラ13は、図1に示すように、中心点Pで固定された支持台を基点にして支持アーム15と0〜180°の角度をなす範囲で移動できる支持棒の先端に取り付けられており、巻取り軸11に巻き取られた画像材料用シートの表面と50kg/巾で圧接されている。また、圧接ローラ14も同様に構成されており、中心点Pで固定された支持台に取り付けられた支持棒の先端に取り付けられ、支持台を基点に支持アーム15と0〜180°の角度をなす範囲で移動できるようになっている。
画像材料用シート10と圧接する圧接ローラ13(14)の圧力は、上記以外に50〜100kg/巾の範囲内が好適であり、場合に応じて適宜選択することができる。
支持アーム15と共に回転する円盤22には、図1に示すように、第1の巻取り軸11と第2の巻取り軸12との間に搬送された画像材料用シートを支持すると共に巻取り軸に誘導するためのフリーローラ23,24が取り付けられており、さらに円盤22外部の所定の位置に同様に、搬送された画像材料用シートを支持すると共に巻取り軸に誘導するための駆動ローラ25が配設されている。
画像材料用シートの搬送速度、換言すれば巻取速度としては、特に制限されるものではないが、高速であるほど本発明の効果がより顕著に得られ、好ましくは100m/分以上であり、特に好ましくは200m/分以上である。
本実施形態では、上記のように2つの巻取り軸11及び12を単一の支持アーム15の両端に取り付けて、これらの巻取り軸を回転したまま交互に連続的に切り替えられるように動作させると共に、一方の巻取り軸(例えば第1の巻取り軸11)での巻取り量が最大となって切り替えを行なう前に予め、他方の巻取り軸(例えば第2の巻取り軸12)と対をなす圧接ローラ(例えば圧接ローラ14)を巻取り軸(例えば第2の巻取り軸12)の回転速度±10%の速度に増速し、巻取り軸を切り替え後(例えば巻取り軸11から巻取り軸12への切り替え後)に、増速後の圧接ローラ(例えば圧接ローラ14)を巻取り軸(例えば第2の巻取り軸12)上の最表面(画像材料用シートの最表面)に接触させる。切り替え軸を回転させたまま連続的に切り替える場合に、圧接ローラも圧接する以前に予め、圧接する巻取り軸の回転速度±10%の速度に増速するので、巻取りの際のエアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生を効果的に回避することができる。
画像材料用シート10は、厚み160μmの紙の両面がそれぞれ30μmのポリエチレン樹脂で被覆されたラミネート紙である。ポリエチレンには、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンが含まれる。紙には、特に制限はなく、被覆はポリエチレン樹脂以外に、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの他のポリオレフィン樹脂を用いたものであってもよい。
画像材料用シート(シート状物)としては、ウェブ状の支持体、画像記録用紙などのシート状物であればよく、特に樹脂でラミネートが施されたような互いに滑りにくい支持体、通気性が乏しく同伴エアが抜けにくい支持体などの場合に顕著に効果が得られる。また、画像材料用シートの具体例として、写真印画紙、印刷用紙、インクジェット記録用紙、熱転写用紙、感熱紙、写真用フィルム、医療用フィルム、並びにこれらを構成する支持体などが挙げられる。
画像材料用シート(シート状物)の厚みとしては、400μm以下が好ましく、より好ましくは250μm以下である。なお、厚みの下限値としては、50μm以上である。
また、本実施形態では、図1に示すように巻取り軸11を軸芯方向からみた場合、画像材料用シート10が巻取り軸11に巻き込まれる、巻取り軸11上の巻き込み開始点Aおよび巻取り軸11の軸芯Cを含む直線と、圧接ロール13が巻取り軸11と接する接点Bおよび巻取り軸11の軸芯Cを含む直線との交差角θ(=∠ACB)は、120°となっている。
本発明において、交差角θ(=∠ACB)は120°以外に、30°以上180°以下の範囲内で適宜選択することが好ましい。交差角θが前記範囲内であると、巻き取られる画像材料用シートの上に圧接ローラを圧設することによるエアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生防止に特に有効である。
本実施形態の巻取装置は、上記以外にさらに、巻取り軸を連続的に切替える際に、一方の巻取り軸(例えば第1の巻取り軸11)で巻き取っている画像材料用シートを切断するためのトラバースカッターと、切断後、他方の巻取り軸(例えば第2の巻取り軸12)に画像材料用シートを固定して巻取りを開始するための両面テープとが備えられている。
本実施形態の巻取装置では、画像材料用シートの巻取りを行なう場合、まず図1に示すように駆動ローラ25を介して200m/分(好ましくは50m/分以上)で高速搬送されてきた画像材料用シート10をフリーローラ23を経由して巻取り軸11に導き、巻取り軸11で巻取りを開始すると共に、巻き取られた画像材料用シート10上に、予め助速200m/分(巻取り軸11の回転速度±10%の速度)まで増速し回転させておいた圧接ローラ13を圧力50k/巾となるように接触させる。
そして、図2に示すように、巻取り軸11での巻取り量が増えて最大になったときには、巻き取っている画像材料用シート10を一旦トラバースカッターにて切断すると共に、支持アーム15を円盤22と共に反時計方向に回転し、継続して巻き取るための軸を既に200m/分で回転されている巻取り軸12に切り替え、巻取り軸12に画像材料用シート10を両面テープで固定して連続的に巻き取る。このように、巻取り軸を回転させたまま連続的に切り替えた後、巻取り軸の切り替え前に予め助速200m/分(巻取り軸11の回転速度±10%の速度)まで増速し回転させておいた圧接ローラ14を、巻取り軸の切り替え後直ぐに巻取り軸12に巻き取られた画像材料用シート10上(最表面)に接触させる。
その後、巻取り軸12での巻取り量が増えて最大になったときには、巻取り軸12での巻取っている間に新しく交換された巻取り軸11を回転させた状態にし、上記と同様にして巻取り軸11に再び切り替える。そして、巻取り軸を回転させたまま連続的に切り替えた後、巻取り軸の切り替え前に予め助速200m/分(巻取り軸11の回転速度±10%の速度)まで増速し回転させておいた圧接ローラ13を、巻取り軸の切り替え後直ぐに巻取り軸11に巻き取られた画像材料用シート10上(最表面)に接触させる。
この操作を繰り返し行なうことによって連続的に画像材料用シートを巻き取ることが可能であり、巻取りの際のエアの巻き込み、シワや巻ずれ等の発生を防止することができる。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
紙の両面が樹脂被覆された樹脂被覆紙として、画像材料用支持体(富士写真フイルム(株)製)を用意した。この樹脂被覆紙は、厚み160μmの紙基体の両面が厚み30μmのLDPE・HDPE混合物により、押出し温度ラミネートされてなる長尺状のウェブ(以下、ウェブと称する。)である。画像側の表面粗さは、Ra=0.5μm、反対面はRa=5μmであった。Raの測定法については既述の通りである。
巻取装置として、図1と同様に構成された装置を用意し、以下のようにして巻取りを行なった。
装置外部から200m/分の高速で駆動ローラ25を介して搬送されたウェブ10をフリーローラ23を経由して巻取り軸11に導き、巻取り軸11で巻取りを開始し、巻取り軸11にウェブ10が巻き取られると直ぐにウェブ10の表面に、予め助速200m/分に増速して回転させた圧接ローラ13を圧力50k/巾にて接触させた。このとき、圧接ローラ13の巻取り軸11上のウェブと接触するタッチ位置は、ウェブの巻き込み開始点A及び巻取り軸11の軸芯Cを含む直線と圧接ロール13がウェブ面と接する接点B及び軸芯Cを含む直線との交差角θ(=∠ACB;図1参照)が90°となる位置とした。
そして、図2に示すように、巻取り軸11での巻取り量が最大になったところでウェブ10をトラバースカッターにて切断すると共に、支持アーム15を円盤22と共に反時計方向に回転し、継続して巻き取るための軸を200m/分で回転されている巻取り軸12に切り替え、この巻取り軸12にウェブ10を両面テープで接合して連続的に巻取りを開始した。このとき、巻取り軸を回転させたまま連続的に切り替えを行ない、巻取り軸を切り替える前に予め助速200m/分に増速して回転させておいた圧接ローラ14を、切り替えられた巻取り軸12に巻き取られたウェブ10の上に接触させた。このときの交差角θも90°とした。
その後、巻取り軸12での巻取り量が最大になったところで、再び巻取り軸12で巻取っている間に新しく交換された巻取り軸11に巻取り軸を切り替え、その後この切り替え操作を10回終えるまで継続して行ない、ウェブロールを作製した。
(巻取り性の評価)
切り替え操作を10回終了した後、作製した10個のウェブロールについてエアやシワの混入、巻ずれの有無を下記の評価基準にしたがって評価した。評価結果は下記表1に示す。
〈評価基準〉
◎:エアやシワの混入、巻ずれの発生はなく、良好に巻き付けできた。
○:極僅かにエア、シワの混入、巻ずれが認められたが、実用上許容範囲内であった。
△:部分的にエア、シワの混入、巻ずれが認められた。
×:エア、シワの混入が認められた。
××:エア、シワの混入が顕著に認められた。
(実施例2〜4、比較例1〜4)
実施例1において、切り替え時のウェブの接合速度、及び切り替え時の圧接ロールの助速を下記表1に示すように変更したこと以外、実施例1と同様にして、ウェブロールを作製すると共に、巻取り性を評価した。
Figure 2007217146
前記表1に示すように、実施例では、エアやシワの混入、巻ずれの発生が抑えられ、巻き付けを良好に行なえた。これに対し、比較例では、巻取り軸の切り替え時に圧接ローラをウェブ面に接触させた際に、特にエア、シワの混入が発生してしまった。
(実施例5〜11)
実施例1において、切り替え時のウェブの接合速度、及び圧接ローラのタッチ位置を下記表2に示すように変更したこと以外、実施例1と同様にして、ウェブロールを作製すると共に、巻取り性の評価を行なった。
Figure 2007217146
前記表2に示すように、実施例では、エアやシワの混入、巻ずれの発生が抑えられ、巻き付けを良好に行なえた。
本発明の実施形態に係る巻取装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る巻取装置の巻取り軸の一方で巻取り量が増大している状態を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る圧接ローラの構成例を示す断面図である。 (a)は本発明の実施形態に係る圧接ローラを無端ベルトで駆動する例を示す概略図であり、(b)は本発明の実施形態に係る圧接ローラをマグネットカップリングで駆動する例を示す概略図である。
符号の説明
10…画像材料用シート、ウェブ
11,12…巻取り軸
13,14…圧接ローラ
18…駆動軸
19…ローラシェル(外筒)
20…支点リング

Claims (3)

  1. シート状物を巻き取る巻取り軸と、
    駆動軸を内設する同芯のローラシェルを含み、前記駆動軸と前記ローラシェルとが巾方向中央部で連結され、前記巻取り軸に巻き取られた前記シート状物と圧接する圧接ローラと、を備え、
    回転している前記巻取り軸を連続的に切り替えると共に、前記巻取り軸の切り替え前に予め、前記圧接ローラを前記巻取り軸の回転速度±10%の速度に増速し、前記巻取り軸の切り替え後に、増速後の圧接ローラを前記巻取り軸上の最表面に接触させる巻取装置。
  2. 前記巻取り軸を軸芯方向からみた場合に、前記巻取り軸上における前記シート状物の巻き込み開始点A及び前記巻取り軸の軸芯Cを含む直線と、前記圧接ローラが前記巻取り軸上の表面で接する接点B及び前記軸芯Cを含む直線との交差角(∠ACB)が30°以上180°以下である請求項1に記載の巻取装置。
  3. 前記シート状物が画像記録用材料である請求項1又は2に記載の巻取装置。
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