JP2000103556A - シート巻き戻し張力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻芯に対し偏心した原反ロールから高速で引
き出される帯状シートの張力変動を充分小さくする。 【解決手段】 原反ロール１から引き出される帯状シー
トＳの張力の設定値Ｆｓと検出値Ｆｄに基づき原反ロー
ル１の制動トルクをモータＭ１で調節するフィードバッ
ク制御系１２を備えた巻き戻し装置の張力制御方法であ
って、原反ロール１の１回転ごとに起こるトルク変動の
大きさＴと、該トルク変動の位相φから補正信号Ｓｃを
作り、該補正信号Ｓｃを前記フィードバック制御系１２
に加えることにより、フィードバック制御にフィードフ
ォワード制御を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状シートを巻き
取ってできた原反ロールから帯状シートを、該原反ロー
ルの制動トルクを調節しながら引き出す形式の巻き戻し
装置において、帯状シートの巻き戻し張力を制御する方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述の形式の巻き戻し装置では、
所要速度で積極駆動される繰り出しローラによって帯状
シートを原反ロールから引き出し、原反ロールに伝動装
置を介して連結したパウダーブレーキで原反ロールに制
動トルクを与える。この巻き戻し装置は、巻き戻し張力
を制御するためのフィードバック制御系を備えており、
繰り出しローラと原反ロールの間に設けた張力検出ロー
ラを介して帯状シートの張力を検出し、その検出値と設
定値とに基づき前記ブレーキ装置の制動トルクを調節す
る。そして巻芯に対する原反ロールの偏心量が大きい場
合には、原反ロールと繰り出し装置との間に、巻き戻し
た帯状シート張力の変動を吸収するためのダンサーロー
ラを設ける。

【０００３】とろこが、上記形式の巻き戻し装置では、
処理速度の高速化に伴い、偏心原反ロールから巻き戻し
た帯状シート張力の変動を充分小さくすることができな
くなっている。即ち、ダンサーローラは、変動幅が大き
く周期の短い張力変動に追従できず、またパウダーブレ
ーキは応答が遅く、原反ロールに制動方向のトルクしか
与えることができないため、従来の巻き戻し装置では、
原反ロールの偏心回転や慣性力に起因し１回転ごとに周
期的に変動する過大な制動トルクを打ち消すことができ
ず、小さい巻き戻し張力を必要とする場合でも、大きい
巻き戻し張力しか得られない。

【０００４】また、従来、別の形式の巻き戻し装置とし
て、原反ロールを駆動モータで積極駆動して帯状シート
を巻き出すと共に、巻き出した帯状シートを繰り出しロ
ーラで引き取るものがある。この形式では、高速運転に
おける巻き出し張力の変動を抑えるために、原反ロール
からセンサーまでの距離を検出することにより、原反ロ
ールの偏心量を検出すると共に、偏心位置の運転中の位
置のずれ角を検出し、偏心のない場合の原反ロールの回
転速度に対し、原反ロールの偏心量、原反ロールの回転
角度、原反ロールの偏心方向の位相ずれに基づき補正を
加えて駆動モータの回転を積極的に制御し、原反ロール
の１回転に対して周期的に回転数を変化させることによ
り、巻き出し速度を一定にする等速巻き出し駆動方法が
提案されている（例えば特開平７−１４２７０７号公報
参照）。

【０００５】この形式の巻き戻し装置では、繰り出しロ
ーラを所定の速度で回転させると共に、原反ロールを駆
動モータにより所要の回転数で回転させたとき、原反ロ
ールからの巻き出し速度と、巻き出した帯状シートの引
き取り速度の差に応じて帯状シートに伸び又は弛みが生
じる。そして帯状シートの張力はシートの伸び歪みと弾
性率との積に比例するので、原反ロールの周速と繰り出
しローラの周速との差が極めて微小であっても、その微
小な伸びにより過大張力が発生し得る。例えばプラスチ
ックフィルムの場合、横幅１メートルのシートが０．１
パーセント縦方向に伸びると数キログラム程度の張力を
生じる。そのため、原反ロール駆動モータの回転数を制
御することにより直接的に張力を調節するのは、必要な
制御精度が得られないため実質的に不可能であり、実用
上は、原反ロールと繰り出しローラの間にダンサーロー
ラを設け、ダンサーローラの変位により張力の変動を吸
収すると共に、ダンサーローラの変位を検出し、その検
出信号に基づき、ダンサーローラが所定の変位範囲内に
位置するように原反ロールの駆動モータの速度を制御す
る。また帯状シートの張力の調節は、ダンサーローラ
の、帯状シート走行経路増大方向への推力を流体圧シリ
ンダ等で変えることにより行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、偏心した原
反ロールは、一般に、その巻芯長手方向に垂直な断面が
真円でなく多様に変形していたり、また、巻き戻される
原反ロールの外径及び偏心量が幅方向において一様でな
い場合が多い。例えばテンターにより延伸したプラスチ
ックフィルムでは、その両縁部の厚みが他の部分より厚
いため、中央部の巻きが柔らかなくなり、その柔らかい
中央部が保管中に重力を受けて下方へ大きく偏り、原反
ロール両縁部の偏心量に比べ中央部の偏心量が大きくな
る。また経時変化等を考慮して表層部を柔らかく巻いた
場合、原反ロール表面に凹凸やシワが生じることが多
い。

【０００７】しかし、原反ロールの巻き出し速度を制御
して帯状シートを巻き出す上述の巻き戻し装置では、原
反ロールの回転中心から表面までの距離をセンサで計測
することにより偏心量を検出しなければならないので、
偏心量が幅方向に一様でなかったり、表面にシワ等を生
じた原反ロールでは偏心量を正確に計測できない。そし
て巻き出し速度は原反ロールの半径と角速度の積（つま
り２π×回転数）に等しくなり、また原反ロールと繰り
出しローラ間の極めて微小な周速差が過大な張力や弛み
を生じさせることになる。そして原反ロール断面が真円
であるとの仮定に基づき、原反ロールの周速が繰り出し
ローラの周速に完全に一致するような回転数が計算上で
得られたとしても、原反ロールの巻芯に垂直な断面が真
円に対し僅かでも変形していれば、その変形部分で巻き
出し速度が変化し、また検出した偏心量の僅かの検出誤
差でも巻き出し速度が変化する。そして上述のように速
度の誤差が極めて微小であっても張力に及ぼす影響は大
きいので、過大な張力変動の原因になる伸びや弛みが帯
状シートに生じる。そして張力変動を吸収する共に張力
の大きさを設定するために設けた張力設定兼速度制御用
のダンサーローラは、その推力の大きさを変えるための
流体圧シリンダ等を備えているので摩擦抵抗や慣性力が
大きく、過大な張力変動を吸収緩和するための軽快な上
下動ができない。

【０００８】本発明は、上述のような問題点に鑑み、巻
芯に対し偏心した原反ロールから高速で引き出される帯
状シートの張力変動を充分小さくすることを課題として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、原反ロールか
ら引き出される帯状シートの張力の設定値と検出値に基
づき前記原反ロールのトルクを調節するフィードバック
制御系を備えた巻き戻し装置の巻き戻し張力制御方法で
あって、原反ロールの１回転ごとに起こるトルク変動の
大きさと、該トルク変動の位相から補正信号を作り、該
補正信号を前記フィードバック制御系に加えることによ
り、フィードバック制御にフィードフォワード制御を併
用することを特徴とする。

【００１０】本発明では、フィードバック制御系が原反
ロールの制動トルクをモータで調節することにより巻き
戻し張力を制御するので、フィードフォワード制御系
は、原反ロールの１回転ごとに周期的に生ずる制動トル
クの変動を打ち消すように補正信号を作る。つまりトル
ク変動により原反ロールの制動トルクが過小になった場
合はモータより制動トルク増大させ、逆に制動トルクが
過大になった場合はモータにより制動トルクを軽減する
ように補正信号を出す。そしてトルクは原反ロールの変
形形状、表面のシワ等に無関係に把握できるので、それ
らに無関係に補正信号を作ることができ、的確な補正信
号を得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施態様に係る
巻き戻し装置の張力制御装置を示す。原反ロール１は巻
芯Ｃの両端部を図示しないスタンドに回転可能に装着し
てあり、巻芯Ｃを中心に回転可能である。巻き戻し中、
原反ロール１から巻き戻した帯状シートＳは、固定位置
に設けた張力検出ローラ２を経て繰り出しローラ３に至
る。繰り出しローラ２は、速度設定部４の設定値に基づ
き制御装置５を介して速度制御されるモータＭ０により
回転駆動され、帯状シートＳを所要速度で引き出すこと
ができる。なお、必要に応じ、繰り出しローラ３の上流
側に軽快に作動する公知のダンサーローラを設けてもよ
い。

【００１２】巻き戻し装置の張力制御装置は、原反ロー
ル１から引き出される帯状シートＳの張力を検出する張
力検出部６、所要の巻き戻し張力を設定する張力設定部
７、張力検出部６から検出信号を受けると共に張力設定
部７から設定信号を受け、張力の検出値Ｆｄと設定値Ｆ
ｓとの差を演算して動作信号Ｓａを出す比較部８、加え
合わせ部９、原反ロール１に伝動装置（図示せず）を介
して連結したモータＭ１、モータＭ１の制御装置１０、
及び加え合わせ部９からの動作信号Ｓｂを増幅して制御
装置１０へトルク指令信号を出す増幅部１１からなるフ
ィードバック制御系１２と、コンピュータを用いて構成
されたフィードフォワード制御系１３とを備えている。
そしてフィードフォワード制御系１３より出力した補正
信号Ｓｃは、フィードバック制御系１２の加え合わせ部
９に入力され、比較部８からの動作信号に加えられる。

【００１３】張力検出部６は、張力検出ローラ２に備え
た公知のロードセルから荷重検出信号を受け、帯状シー
トＳの張力を刻々検出する。モータＭ１は例えば三相交
流電動機であり、モータＭ１の制御装置１０は、この実
施例ではモータＭ１のトルクを制御するためのインバー
タを有するトルク制御部１４と、帯状シートＳの先端を
走行経路に通す前に原反ロール１を回転させるための速
度制御部１５と、制御モードをトルク制御部１４による
トルク制御モードから、速度制御部１５による速度制御
モードに切り替えるための切り替え回路１６とを持つ。
モータＭ１は、トルク制御モードではトルクを指定され
たトルク値に保った状態で原反ロールの回転に従動し、
速度制御モードにおいては積極的に原反ロールを回転駆
動する。

【００１４】フィードフォワード制御系１３は、モータ
Ｍ１のトルクτｄを検出するトルク検出部１７、原反ロ
ール１の回転角度θを刻々検出する回転角度検出部１
８、トルク検出部１７からのトルクτｄの検出信号を受
けると共に回転角度検出部１８から回転角度θの検出信
号を受け、原反ロール１が１回転する間にトルクが最大
値になったときの回転角度φを検出するトルク位相検出
部１９、原反ロールが１回転する間のトルクの変動の大
きさＴを検出するトルク変動量検出部２０、原反ロール
１の平均半径Ｒを検出する原反ロール径検出部２１、原
反ロール１の角速度を検出する角速度検出部２２、及
び、前記トルク位相検出部１９とトルク変動量検出部２
０と原反ロール径検出部２１と角速度検出部２２とか
ら、それぞれの検出信号φ、Ｔ、Ｒ、ωを受け、原反ロ
ール１の１回転ごとに起こるトルク変動を打ち消すため
の補正信号Ｓｃを発生させる補正量演算部２３からな
る。

【００１５】トルク検出部１７は、モータＭ１の電機子
電流又はトルク制御部１４におけるトルク指令値を検出
する公知の検出器（図示せず）から検出信号を受ける。
必要に応じ、例えば電動機Ｍ１から原反ロール１までの
伝動装置中に介在させたトーションバーのねじれをひず
みゲージで検出するもの等、他の形式の検出器から検出
信号を受けてもよい。またトルク変動量検出部２０は、
例えば原反ロール１が１回転する間にトルク検出部１７
が検出したトルクの最大値と最小値の差をトルク変動の
大きさＴとして検出する。

【００１６】回転角度検出部１８は、巻芯Ｃに伝動装置
を介して連結したパルス発生器（図示せず）から入力し
た刻々パルス信号を計数回路により計数することにより
回転角度を検出する公知のものである。張力制御装置で
は、原反ロール１の偏心方向の回転角度を検出しなけれ
ばならないが、巻き戻し装置に装着した原反ロール１の
偏心方向は多様であり、回転角度検出部１８による検出
値が零のとき、原反ロールの偏心方向が基準となる水平
方向を向くとは限らない。そのため、回転角度検出部１
８による検出の基準方向に対して原反ロールの偏心方向
がずれていても、それを修正できるようトルク位相検出
部１９でトルク変動の位相φを検出する。

【００１７】原反ロール径検出部２１は、図示しない公
知のロール径検出器より入力した検出信号に基づき平均
半径を時々刻々検出し、角速度検出部２２は、原反ロー
ル１に連結した図示しないパルス発生器又は速度発電機
から入力された検出信号に基づき時々刻々角速度を検出
する。

【００１８】原反ロール１における制動トルクの変動
は、主に原反ロール１の偏心重量によるトルクと、原反
ロールの慣性によるトルクによって生じる。偏心重量に
よるトルクは、原反ロールの回転中心Ｏに対して偏心し
た重心Ｏｇに重力が加わることにより、この重心Ｏｇが
回転中心Ｏのまわりを回転するとき生ずるトルクであ
る。そのため補正量演算部２３では、張力変動の原因と
なる、偏心重量によるトルクと慣性によるトルクとの和
を演算し、それを打ち消すためのトルクをモータＭ１か
ら原反ロール１に加えることができるように補正信号Ｓ
ｃを発生させる。その際、トルク変動量検出部２０で検
出したトルク変動の大きさＴ、トルク位相検出部１９で
検出したトルク変動の位相φ、及び原反ロール径検出部
２１で検出した原反ロール径Ｒは、偏心重量によるトル
ク並びに慣性によるトルクの演算に用い、拡速度検出部
で検出した角速度ωは、原反ロール１の角加速度の検出
に用い、その角加速度は慣性によるトルクの演算に用い
る。

【００１９】図１に示す補正量演算部２３は、必要に応
じ、図２に示す模擬演算部２７と関数発生部２８を備え
たものに代えてもよい。図２の補正量演算部２３では、
偏心重量トルク演算部２５から入力した偏心重量による
トルクτｅ、及び慣性トルク演算部２４から入力した慣
性によるトルクτｉに基づき、模擬演算部２７でτｅと
τｉの和、即ちフィードフォワード制御系１３から補正
信号Ｓｃが出力されないときに生ずる、原反ロール１が
１回転する間のトルクの変動分τａ、並びにそのτａの
振幅Τａ、及びその位相θａを算出して、その振幅Τａ
及びその位相θａを関数発生部２８に入力し、関数発生
部２８により、振幅がＴａ、位相がθａで回転角度θを
変数とする余弦関数（コサイン）を発生させ、その余弦
関数に基づき回転角度θの変化に応じてτａを演算し、
そのτａの負の値を補正信号Ｓｃとして出力する。模擬
演算部２７は、一定の周期でτｅとτｉの和τａを模擬
演算し、その演算値τａの最大値と最小値の差の半分を
τａのトルク変動の振幅Τａとして得ると共に、τａが
最大値とのきの、回転角度検出部１８からの回転角度θ
ａを、トルク変動の位相θａとして得る。なお、関数発
生器２８は、模擬演算部２７から入力されたΤａ、θａ
に基づき、余弦関数に近似した鋸刃形の関数を発生さ
せ、この関数に基づき補正信号を作るものでもよい。

【００２０】図１に示す巻き戻し装置において巻き戻し
張力の制御は次の方法で行う。即ち、帯状シートＳの先
端を原反ロール１から引き出す前に、モータＭ１の制御
装置１０を切り替え回路１６により速度制御モードに切
り替え、原反ロール１を一定の回転数で回転させなが
ら、原反ロール１が１回転する間におけるモータＭ１の
トルク変動の大きさＴをトルク変動量検出部２０で検出
すると共に、そのトルクが最大時の原反ロール１の回転
角度を検出することによりトルク位相検出部１９でトル
クの位相φを検出する。あるいは速度制御に切り替える
ことなくトルク制御の状態で、引き出し速度を偏心の影
響が無視できる程度の低速にして運転を行い、フィード
バック制御によりシートの張力を一定に保つために必要
なモータのトルク変動を検出するようにしてもよい。そ
の後、帯状シートの巻き戻し中は、モータＭ１をトルク
制御モードとし、前記検出したトルクの変動の大きさＴ
及びトルクの位相φに基づき、巻き戻し中の原反ロール
が１回転する間に生じる制動トルクの変動をほぼ打ち消
す補正信号Ｓｃを作り、フィードバック制御系１２に加
えることにより、フィードバック制御にフィードフォワ
ード制御を併用する。なお、巻き戻し張力を制御すると
き、予め必要な、原反ロールの偏心重量によるトルク変
動の大きさ等の情報を、巻き戻し装置とは別の工程で採
取しておき、その採取した値を用いてもよい。

【００２１】次に、上述の巻き戻し装置の張力制御装置
を用いて本発明のシート巻き戻し張力制御方法を実施し
た結果の一例を図３ないし図７に示す。図３、図５及び
図６線図では横軸に時間、縦軸に巻き戻し張力の大きさ
を対応させており、図４及び図７は横軸に時間、縦軸に
補正信号の大きさを対応させている。この実施例では、
偏心用のアダプターを巻芯に装着して偏心量が約１３ミ
リメートルの原反ロールを作り、その原反ロールから帯
状シートを巻き戻し、張力変動、補正信号の計測にはデ
ータロガーを用いている。図３は原反ロールの回転数が
毎分１３０回転、原反ロールの半径が２５５ミリメート
ルで、フィードフォワード制御系１３から補正信号を出
力しないときと補正信号を出力したときの張力変動を実
測した結果、図４は図３の場合のフィードフォワード制
御系１３からの補正信号を実測した結果を示す。図３の
右半分に示すように補正信号を出力したときは、左半分
に示すように補正信号を出力しないときに比べ、張力変
動の大きさは充分に小さくなっている。また図５は原反
ロールの半径２５０ミリメートルで補正信号を出力せず
に原反ロールの回転数が毎分１３０メートルになるまで
加速して減速したときの張力変動の実測結果を示し、図
６は図５の場合と同じ巻き戻し条件で補正信号を出力し
たときの張力変動の実測結果を示し、図７は図６の場合
の補正信号の実測結果を示す。図６に示すように補正信
号を出力した場合には原反ロールの加減速時も張力変動
が図５に比べ充分小さくなっている。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、フィードフォワード制
御系は、原反ロールの変形や表面のシワ等と無関係に検
出できるトルクの次元において補正を考慮すればよいの
で、的確な補正信号を得ることができる。また、原反ロ
ールの速度制御によって帯状シートに張力を付与する場
合、ダンサーローラがなければ速度の制御誤差に対する
張力の制御誤差の割合は極めて大きくなるが、それに比
べ本発明の場合はトルク誤差に対する張力誤差の割合が
小さくなるので、出力するトルクや検出した半径に誤差
が生じたとしても、その影響を軽減することができる。
したがって、張力の変動が充分小さい状態で帯状シート
を巻き戻すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る巻き戻し装置の張力制御装置の一
例を示す説明図である。

【図２】図１に示す張力制御装置における補正量演算部
の他の態様に係るブロック図である。

【図３】補正信号を出力しない場合と出力する場合の張
力変動の実測結果の一例を示す線図である。

【図４】図３の場合の補正信号の実測結果を示す線図で
ある。

【図５】引き出し速度の加減速時において補正信号を出
力しない場合の張力変動の実測結果の一例を示す線図で
ある。

【図６】図５の場合と同じ条件で補正信号を出力した場
合の張力変動の実測結果の一例を示す線図である。

【図７】図６の場合の補正信号の実測結果を示す線図で
ある。

【符号の説明】

Ｍ１ モータ Ｓ 帯状シート Ｓｃ 補正信号 １ 原反ロール ２ 張力検出ローラ ３ 繰り出しローラ ８ 比較部 ９ 加え合わせ部 １２ フィードバック制御系 １３ フィードフォワード制御系 １７ トルク検出部 １８ 回転角度検出部 １９ トルク位相検出部 ２０ トルク変動量検出部 ２１ 原反ロール径検出部 ２２ 角速度検出部 ２３ 補正量演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原反ロールから引き出される帯状シート
   の張力の設定値と検出値に基づき前記原反ロールの制動
   トルクをモータで調節するフィードバック制御系を備え
   た巻き戻し装置の巻き戻し張力制御方法であって、原反
   ロールの１回転ごとに起こるトルク変動の大きさと、該
   トルク変動の位相から補正信号を作り、該補正信号を前
   記フィードバック制御系に加えることにより、フィード
   バック制御にフィードフォワード制御を併用することを
   特徴とするシート巻き戻し張力制御方法。