JP2002532357A - 紙を巻取るための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 紙を親ロールに巻取るための装置及び方法であり、紙ウェブが巻取られるリールスプールと、紙ウェブがそれに乗って案内されるようなリールドラムであって、親ロールと接触してニップを形成して、そこで紙を親ロールに巻取らせるようなリールドラムとを含む。１の実施形態では、センサを使用してニップでの親ロールの窪んだ厚さとニップから間隔を隔てた親ロールの窪んでいない厚さとを決定し、これらから半径窪みを得る。リールスプールとリールドラムとの相対的な位置を制御して、半径窪みを所定の制限内に維持する。本発明の他の実施形態では、直線ニップ荷重の制御を成し遂げるために、紙ロールの直径と直線ニップ荷重の力の指示値とを測定し、リールスプールとリールドラムとの相対的な位置決めを制御して力をロールの直径に基づいた所定の制限内に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は紙の製造に関し、特に製紙処理中に紙を親ロールに巻取るための装置
及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

紙の製造中には、抄紙機の乾燥端部分からやってきた乾燥した紙のウェブが初
めにリールスプールに巻取られて親ロールを形成し、このロールは代表的には一
時的に保管されてから更なる処理がなされる。それに続いて、親ロールは巻解か
れて、紙のウェブは最終的な製品の形態に加工される。

【０００３】 紙ウェブを大きい親ロールに巻取るに際しては、ロールを巻取るやり方が、ロ
ールに大きな欠陥が生じるのを防止すると共に、ロールを最終的な製品に効率的
に加工できるようなものであることがきわめて重大であって、かかる最終製品は
箱入りの化粧ティッシュシートや、風呂用ティッシュのロールや、エンボス加工
された紙タオルなどである。理想的には、親ロールは本質的に円筒形の形状を有
していて、滑らかな円筒形の主たる表面と２つの滑らかで平坦で平行な端面とを
備える。円筒形の主たる表面と端面とには、波紋や、隆起、波打ち、偏心、しわ
などが存在しないべきであり、言換えれば、ロールは“寸法的に正しい”べきで
ある。同様に、ロールの形状は安定していて保管中や日常の取扱い中に円筒形か
ら逸脱することが無いようでなければならず、言換えれば、ロールは“寸法的に
安定”であるべきである。欠陥は、それが高速での加工を不適当にさせるもので
あるならば、ロール全体を強制的に廃棄させることになる。

【０００４】 特に多くの量の、圧縮性の容易な、柔らかいティッシュのウェブを巻取るとき
には、紙ウェブの親ロールへの不適当な巻取りによって多くの欠陥が導入される
。そのような欠陥の数多くについては、W.J. Gilmoreの"Report on Roll Defect
Terminology - TAPPI CA1228," Proc. 1973 Finishing Conference, Tappi, At
lanta, GA, 1973, pp. 5-19.にて論議され、写真が示されている。ロールのコア
の付近での不適当なウェブ応力によって、ロールの外側の領域がロールを内側へ
圧縮されるようになって、一般的に“星印”と称されるような星印のパターンに
縮れることにつながり、これに関しては、James K. Goodが"The Science of Win
ding Rolls", Products of Papermaking, Trans. of the Tenth Fundamental Re
search Symposium at Oxford, Sept. 1993, Ed. C.F. Baker, Vol. 2, Pira Int
ernational, Leatherhead, England, 1993, pp. 855- 881.にて説明している。
さらに星印は、通常はコアと隣接するウェブ層との間の十分な摩擦を提供するは
ずの、コアのまわりのウェブの張力を解放させる。この摩擦損失は、コアの“ス
リップ”や“はまり込み”をもたらして、ロールのほとんどが（コアのまわりの
二三の層と最も外側の領域の二三の層とを除いて）、ひとまとまりになってロー
ルの軸線の片側に移動して、ロールを使用不可能にする。

【０００５】 現在商業的に入手可能である、T. Svanqvistが"Designing a Reel for Soft T
issue", 1991 Tissue Making Seminar, Karlstad, Swedenで開示したような、中
心補助駆動タイプの硬質のニップドラムリールは、グラムあたり約８から１０立
方センチメートルの容積を有するような圧縮性のティッシュウェブのロールの巻
取りにおいて、上述の巻取問題を避けながら、成功して使用されていて、そのた
めに、ニップの力を減少させて、コアシャフトの中心補助駆動の調節を介して、
主として給送されるウェブの張力制御に頼っている。しかしながら、そのような
方法は、例えば３インチのサンプル幅に対して約１０キログラム以下のＭＤ Ｍ
ＡＸ Ｓｌｏｐｅによって特徴づけられるような、グラムあたり９立方センチメ
ートル以上の容積を有するような高いレベルの柔軟性を有するティッシュシート
の巻取りに使用すると、それらの問題点が再発する。これらの巻取りの問題点は
、特に高い速度において、約７０インチから約１５０インチ以上の直径の大きな
ロールを巻取ろうと試みるときにいっそう悪化する。

【０００６】 理論によって縛られることを望まずに、親ロールと圧力ロールとの間に形成さ
れたニップにウェブがもたらされるときには、給送されるウェブの張力に加えて
、２つの主要な要因が巻取られたロール内部の最終的な応力に影響すると信じら
れている。第１に、親ロールのニップでの部分は変形して、その半径は親ロール
の変形していない半径よりも小さくなる。親ロールがその変形した半径から変形
していない半径へと膨張すると、ウェブを引き伸して、ニップに進入するウェブ
に設定した張力よりも、実質的に内部の張力を増加させる。

【０００７】 他の要因はときに“二次巻取”効果と称される。ウェブの一部分が、それが最
初に親ロールと圧力ロールとの間のニップを通り抜けた後で、ロールに加えられ
る。次に、それは親ロールが回転する毎にニップの下を繰返して通り、同時に外
側の直径にはより多くの層が加えられる。ロールの表面付近の各点がニップに再
入すると、ニップの圧力でウェブは圧縮されて、ウェブの空洞の体積の空気を層
間から排出させる。これは層間の摩擦を十分に減少させて、内側層のまわりにき
つく層をすべらせるが、これについては、ErickksonらのDeformations in Paper
Rolls, pp. 55-61や、LemkeらのFactors involved in Winding Large Diameter
Newsprint Rolls on a Two-Drum Winder, pp 79-87 Proc. of the First Inter
national Conference on Winding Technology, 1987.に記載されている。

【０００８】 各層の張力は親ロールに加えられて、外側の層から下層に働く圧縮力をもたら
して、これにより外側の層からの圧縮が蓄積する効果が生じて、これが通常、コ
アのまわりの領域のウェブに最も高い層間圧力を持たせる。二次巻取はさらにこ
の圧力を大きくする。柔らかいティッシュは圧縮にさらされると降伏するのが知
られていて、従って変形能力を失なう程度までは、いくらかの圧力の増加を吸収
する。その結果、蓄積した圧力は過剰なレベルにまで急速に上昇して、これが親
ロールから巻解かれたシートの特性の大きな変化を引き起こす。

【０００９】 残念ながら、在来式に巻取られた親ロールの半径に沿って存在する内部圧力と
ウェブ張力の勾配は、寸法の安定性の問題を防止することには成功するものの、
ウェブの特性の意図しない変化につながる。いくつかの領域での高い張力は流れ
方向のいくらかが巻取り中に伸びて引出されることをもたらし、高い内部圧力は
容積の損失につながる。巻解く際に、ニップで及びニップの後で高い張力によっ
てより伸ばされていた領域は、ウェブの長手方向の伸びのためにより低い秤量を
有するだろう。ウェブの重大な特性のこれらの変化は、製品の品質の変化と加工
操作の困難さとにつながる。

【００１０】 上述したT. Svanqvistによって記述された方法による内部圧力の蓄積の補償は
、一定の程度だけ行なわれる。ウェブ材料の密度と強度とは引用したレベルより
もはるかに低く減少するので、巻取装置内での摩擦力の強さの不確実性とロール
の巻取り中に変化する他の要因が、正確なニップ荷重の制御をきわめて困難にす
る。代わりに、巻取処理の制御の損失は逆の張力勾配を引き起こすことがあって
、それは上述した星印とコアのスリップとの問題につながる。

【００１１】 在来のニップ巻取りにおいては、一対の液圧アクチュエータによってリールス
プールがリールドラムに押圧係合されていた。ストレインゲージタイプのセンサ
を液圧アクチュエータに取付けてアクチュエータの歪の量を検出し、これを用い
てリールドラムと成長する紙ロールとの間のニップ荷重を決定する。そのような
装置は、ニップ巻取りの利点を伴う（すなわち、巻取られる紙の十分に高い張力
が得られる）ので好ましいけれども、ニップ荷重を正確に維持制御するのは（上
述の理由から非常に重要であるが）困難であった。在来のストレインゲージのセ
ンサの限界と装置の摩擦力の不確実性（例えばリールスプールを動かすための液
圧アクチュエータや関連するキャリッジの摺動摩擦の変化など）が、ニップ荷重
の精度に限界を負わせていて、これが親ロールの品質及びサイズと巻取ることが
できる紙のタイプとを制限していた。これらの問題点を解決しようとする努力は
、OlssonのＰＣＴ出願ＷＯ ９７／２２５４３号に開示されているように、交換
手順中のニップ荷重制御の精度を改善するためには行なわれてきた。Olssonは交
換中のニップ荷重の制御を改善しようと試みており、新しいリールスプールが所
定位置に動かされて新しいスプールへの紙の巻取りが開始するときに、力検出装
置を一次及び二次のアームに配置して、交換中のニップ荷重を直接測定しようと
試みた。しかしながら、Olssonは巻取り操作中のニップ荷重の正確な制御の問題
に関しては言及することがなく、特に、ティッシュのような柔らかいグレードの
紙では、所定のニップ荷重について、ロールに巻取られた紙の厚さと共にドラム
のロールに対する窪みが絶えず変化する。交換手順中に有用であるようなニップ
荷重制御機構は巻取操作中には最適ではない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

従って、産業界においてティッシュのような柔らかくてデリケートなグレード
の紙を含む、様々なグレードの紙に対して使用できるような巻取装置への要求が
存在する。そのような装置はニップ巻取りの利点を提供すべきであると共に、親
ロールの品質及びサイズを改善できるように正確で有効なニップ荷重を提供すべ
きである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

上述の及び他の要求は本発明の１の好ましい実施形態による装置及び方法によ
って満たされて、かかる実施形態は回転可能に取付けられたリールスプールを含
み、それに紙材料のウェブが巻取られて直径が大きくなるロールを形成すると共
に、リールスプールに隣接して回転可能に取付けられたリールドラムを含む。キ
ャリッジは、リールドラム及びリールスプールの一方を支持して他方に対して可
動とし、リールドラム及びリールスプールの一方を他方に隣接するように位置決
めして両者の間にニップを形成する。キャリッジは、紙のウェブが巻取られると
き、成長する紙ロールにリールドラムが接触するように維持する。キャリッジに
はアクチュエータが結合されて、キャリッジを動かしてリールドラムとリールス
プールとが互いに向かうように促して、リールドラムが紙のロールに直線ニップ
荷重を作用させるようにして、それにより局所的にニップにて紙ロールを半径の
内側へ窪ませる。

【００１４】 与えられた紙のタイプに対して、紙のロールの半径厚さとリールドラムによる
ロールの半径窪みと直線ニップ荷重との間には、相関関係が存在するだろう。本
発明によれば、最適な紙ロールの品質のためには、半径窪みはゼロから所定の値
にまで変化できて、それは経験的に導かれて、紙ロールの半径厚さの関数である
。例えば、紙ロールが形成され始めるそのときには、リールスプールには二三の
層の紙だけが存在し、従って望ましい窪みはほとんどゼロであって、望ましいニ
ップ荷重がほとんどゼロであるのと対応する。紙のロールが厚さを増していくと
、紙ロールの寸法の安定性と品質とを制御するために、より大きい窪みが望まれ
る。

【００１５】 従って例えば、本発明の１の好ましい実施形態によれば、制御装置は所望の窪
みをロールの半径厚さの関数としてプログラミングすることによって、リールス
プールとリールドラムとの相対位置を制御するようにプログラムされる。センサ
ユニットを使用してパラメータを測定して、そこからロールの半径厚さと半径窪
みとを推論する。従って、紙の巻取りパラメータは大いに改善されて、巻解かれ
た紙ロールの特性の変化が最小になる。

【００１６】 本発明の１の好ましい実施形態では、センサユニットは好ましくは、リールド
ラムとリールスプールとの相対位置を指示する信号を提供する第１のセンサと、
ニップから間隔を隔てた紙ロールの窪んでいない半径厚さを指示する信号を提供
する第２のセンサとから構成される。窪みは２つのセンサからの信号を比較する
ことによって決定される。様々なタイプの、光学的、音響的、及び／又は、電磁
的なセンサを使用できて、それらには、レーザー距離又は直線変位測定装置や、
超音波距離又は直線変位測定装置、及び／又は、磁気歪直線変位測定装置が含ま
れる。窪みはリールスプールをリールドラムに対して位置決め制御するための制
御パラメータとして使用されるので、実際の窪みは所望の窪みの設定公差の範囲
内にある。

【００１７】 本発明の他の実施形態によるこの概念の変形は、リールスプールとリールドラ
ムとの間に働く力を測定することにあって、この力は直線ニップ荷重に比例して
、この力とロールの半径厚さないし直径とを使用して、リールスプールのリール
ドラムに対する位置決めを制御する。与えられた紙のグレードに対して、直線ニ
ップ荷重と、窪みと、ロールの半径厚さないし直径とはすべて相互に関係をもつ
。従って、これらの３つのパラメータのうちのいずれか２つを決定すれば３つ目
も決定される。従って、上述の第１の実施形態では、窪みはロールの半径厚さの
関数として制御されて、それにより半径厚さの関数として直線ニップ荷重を制御
する。代わりに、本発明の第２の実施形態によれば、直線ニップ荷重に比例する
力が、紙ロールの半径厚さないし直径の関数として制御されて、それによりロー
ルの半径厚さないし直径の関数として窪みを制御する。

【００１８】 様々なタイプの力検出要素を用いて、直線ニップ荷重に比例する又はそれを指
示する力を測定できる。例えば、本発明の他の好ましい実施形態は弾性要素を含
み、かかる要素は、直線ニップ荷重を生み出すためにキャリッジに作用する力が
弾性要素を測定可能に変形させるように配置される。弾性要素はスプリング又は
ロードセルから構成するのが有利である。キャリッジがリールスプールを可動に
支持して、リールドラムが静止している場合には、スプリング又はロードセルは
キャリッジとリールスプールとの間に結合され、代わりに、キャリッジがリール
ドラムを可動に支持して、リールスプールが静止している場合には、スプリング
又はロードセルはキャリッジとリールドラムとの間に結合される。ニップ荷重が
変化すると、スプリング又はロードセルの変形が変化して、この変形を検出して
、紙ロールの半径厚さないし直径と共に使用して、キャリッジの動きを制御して
、ニップ荷重を制御する。

【００１９】 本発明による巻取機で巻取られた親ロールが有する内部圧力分布は、コア領域
でのピーク圧力の到達値が在来のリールでの圧力よりも低くて、それにもかかわ
らず、通常の取扱いのために必要とされる機械的な安定性を維持するのには十分
である。本発明の方法での親ロールが有する内部圧力は、コア付近では一定のレ
ベルに減少して、ロールの外面における避けられない圧力低下を除いては、かな
りの領域で本質的に平坦な圧力輪郭を示す。従って、親ロール全体にわたっての
シート特性の均一性が実質的に改善される。

【００２０】 本発明の上記の及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面と関連させた以下
の好ましい実施形態の説明から明らかになるだろう。

【００２１】

【発明の実施の形態】

次に、本発明の好ましい実施形態を示した添付図面を参照しつつ、以下に本発
明についてより詳細に説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる態様にて
実施できて、ここで明らかにする実施形態に制限されるように解釈されるべきで
はなく、むしろ、これらの実施形態は本開示を徹底した完全なものにするために
提供されるもので、本発明の範囲を当業者に知らせるものである。図面を通して
、同一の参照符号は同一の要素を示している。

【００２２】 図１には、本発明の第１の好ましい実施形態による抄紙機のための巻取装置１
０を示している。乾燥した紙シート１５は、在来式の抄紙機で形成されて巻取装
置１０へ進む。本発明は、クレープ抄紙機又は非クレープ抄紙機のいずれにも使
用できることを理解すべきである。また、本発明はティッシュペーパーのグレー
ドを巻取るのに最も好ましいけれども、本発明は他のグレードにも使用すること
ができる。シート１５は一対のガイドロール１４を通って進められ、リールドラ
ム１９を乗越えて、リールスプール２６へと至り、このリールスプールはその軸
に作用するセンター駆動モータ（図示せず）によって駆動される。リールスプー
ルへの紙の巻取りは、リールドラム１９上の上側位置に図示したリールスプール
２６’によって示されるように、リールスプールが一対の一次アーム２７内にあ
るときに開始する。参照符号２６、２６’、２６”は動作中のリールスプールの
３つの位置を示している。図示の如く、親ロール２５が作られているとき、新し
いリールスプール２６’が巻取位置へと進む準備ができている。親ロール２５が
その最終的な所定の直径に達したときに、新しいリールスプール２６’は回転可
能なリールドラム１９に当接する位置へと一次アーム２７によって降下させられ
る。紙ウェブ１５は必要的ではないものの好ましくは、新しいリールスプールが
図１に示す上側位置になると同時に、完全に巻取られたリールスプール２６から
新しいリールスプール２６’へと移されて、紙ウェブは親ロール２５から切断さ
れて新しいリールスプール２６’へのウェブの巻取りが開始する。完成した親ロ
ール２５とリールスプール２６とは下流側へはねられて、一対のレール２８に沿
ってリールスプール２６はストッパ３０に到達する。新しいリールスプール２６
’は、リールドラム１９と概略同一の水平高さである巻取位置へと降ろされて、
すなわち、新しいリールスプール２６’は、完成したリールスプール２６が先ほ
どまで占有していた位置を占有するようになる。

【００２３】 巻取位置において、リールスプール２６への紙の巻取りは、リールスプール２
６が一対の二次アーム４２及び４４に保持されて行なわれて、これらのアームは
、リールスプール２６の反対側の端部にある２つの二次キャリッジ３７（図１で
は片方だけが見えている）のそれぞれに可動に取付けられている。キャリッジ３
７はレール装置４０に沿って水平に摺動可能であって、キャリッジはリールドラ
ム１９に対して接離するように動く。各キャリッジ３７には液圧アクチュエータ
３８が結合されて、キャリッジ３７に水平の動きを与え、リールスプール２６を
リールドラム１９に対して接離させるように動かす。より詳細には、親ロール２
５が大きくなると、アクチュエータ３８はリールスプール２６をリールドラム１
９から離間させるように動作して、リールドラム１９から親ロール２５に作用す
るニップ荷重が所望の態様に制御される。

【００２４】 図２は、本発明の第１の実施形態によるキャリッジ３７の動きを制御するため
の装置の構成要素をより詳細に示している。片方のキャリッジ３７と制御装置に
ついて説明するけれども、他方のキャリッジも該キャリッジの動きを制御するた
めに同様な装置を含むことを理解されたい。上述したように、キャリッジ３７は
模式的に示されている水平レール４０の上にて可動になっている。キャリッジは
、一対のアーム４２及び４４をピボット自在に支持する。上流側アーム４２は、
該アームとキャリッジ３７との間に結合されているアクチュエータ４６によって
ピボット式に動く。同様に、下流側アーム４４は、該アームとキャリッジとの間
に結合されているアクチュエータ４８によってピボット式に動く。上流側アーム
４２は、巻取処理中には本質的には動作することがなくて、親ロール２５が巻取
りを完了したときに動作して、完成した親ロール２５とリールスプール２６とを
下流方向へとはねつけて、レール２８に沿ってストッパ３０へと送る（図１参照
）。下流側アーム４４は、巻取処理中に機能して、親ロール２５とリールスプー
ル２６とがリールドラム１９から離間して動くのを阻止する。

【００２５】 巻取処理中に紙ロール２５の窪みとニップ荷重とを制御するために、装置はニ
ップにおける紙ロールの半径の窪みを検出するためのセンサを含み、センサから
の信号を用いてキャリッジの動きを制御して、窪みとニップ荷重とを制御する。
従って、第１のセンサ７０は適当に例えば装置を収容する建物の天井Ｃに取付け
られていて、ニップ７２からは間隔を隔てているロールの窪んでいない領域にお
いて、親ロール２５の窪んでいない半径厚さＲｕを検出する。窪んでいない半径
厚さＲｕは様々な方法で定めることができ、例えばセンサ７０からロール２５の
表面までの距離を検出して、その距離を、センサ７０とリールスプール２６との
間の既知である距離から減算する。第２のセンサ７４は適当に取付けられて、親
ロール２５のニップ７２における窪んだ半径厚さＲｃを検出する。窪んだ厚さＲ
ｃはリールドラム１９とリールスプール２６との相対的な位置に直接的に関係す
るので、相対位置を様々なやり方で検出して定めることもでき、例えば、センサ
７４はリールドラム１９とリールスプール２６との中心間距離を検出したり、一
方の中心と他方の表面との間の距離を測定するなど、そうしたいずれを用いても
、窪んだ半径厚さＲｃを得ることができる。代わりに、キャリッジ３７を動かす
液圧アクチュエータ３８に位置センサを組込んで又は結合させて、そのようなセ
ンサから指示されたキャリッジの位置を用いて窪んだ半径厚さＲｃを推論しても
よい。

【００２６】 センサ７０及び７４は制御装置６６に結合される。制御装置は、センサ７０、
７４から受けた信号に基づいて、親ロール２５の半径窪みΔＲを決定するように
プログラムされている。制御装置は、バルブ６８を動作させてアクチュエータ３
８を制御して、半径窪みΔＲを所定の限界内に維持する。所定の限界は、紙ウェ
ブ１５の既知の圧縮性や、親ロール２５の窪んだ半径厚さＲｃ、その他の関数で
ある。

【００２７】 リールドラム１９は実質的に圧縮不可能であるとしてモデル化される。他の例
においては、既知の有限の圧縮性（代表的には紙ロールの圧縮性よりもはるかに
小さい）を備えたリールドラム１９を用いることが望ましいこともあり、リール
ドラムの圧縮性をもパラメータとして所望のニップ荷重を提供するためのアクチ
ュエータ３８の適切な位置を決定する。

【００２８】 望ましいのならば、実際のニップ荷重は、リールドラム１９とリールスプール
２６との位置の瞬間値と、ロールの紙の窪んでいない半径厚さＲｕと、紙及び／
又はリールドラムの圧縮性とに基づいて、連続的に計算できる。しかしながら、
実際のニップ荷重を連続的に計算することは必要ではなくて、検出された半径窪
みΔＲと所望の液圧アクチュエータの位置との関係を直接示しているテーブルを
ただ単に検索するように制御装置をプログラムすることによって、より安価に妥
当な精度が得られる。

【００２９】 様々なタイプのセンサ７０、７４を用いることができ、それには、レーザー式
三角測量のようなレーザーに基づいた距離ないし深さ測定装置や、例えばKevin
Hardingの"Moire Interferometry for Industrial Inspection," Lasers and Ap
plications, Nov. 1993, pp. 73- 78やAlbert J. Boehnleinの１９９１年１２月
３日の米国特許第５，０６９，５４８号"Field Shift Moire System"のようなレ
ーザー白色光又は多波長のモアレ干渉法と、超音波検出例えば、L.C. Lynnworth
が"Ultrasonic Measurements for Process Control", Academic Press, Boston,
1989に記載した方法を含むような超音波検出、特に固体表面から反射した超音
波信号の遅延時間を測定する方法と、マイクロ波とレーダー波の反射率による方
法と、距離を決定する静電容量による方法と、渦電流トランスデューサによる方
法と、単一カメラの立体視イメージングによる深さ検出であって、T. Lippertの
"Radial parallax binocular 3D imaging" Display System Optics II, Proc. S
PIE Vol. 1117, pp. 52-55 (1989)に例示されているようなものと、複数カメラ
の立体視イメージングによる深さ検出であってN. Alvertosの"Integration of S
tereo Camera Geometries" Optics, Illumination and Image Sensing for Mach
ine Vision IV., Proc. SPIE, Vol. 1194, pp. 276-286 (1989)に例示されてい
るようなものと、ローラーや車輪や金属帯のような接触プローブその他の装置で
あってその位置又は偏位を直接測定できるようなもの、などを含む。

【００３０】 先に述べたように、アクチュエータ３８内に又はこれに隣接させて位置ないし
直線的な偏位のセンサを組込むことも可能であって、キャリッジ３７の位置又は
キャリッジ３７の直線的な動きの長さを検出して、紙ロールの窪んだ半径厚さに
変換できる。例えば、磁気歪位置センサ、ノースカロライナの、Research Trian
gle ParkのMTS Systems CorporationのTEMPOSONICSを用いてキャリッジの位置を
検出できる。しかしながら、本発明はどんな特定のタイプのセンサにも制限され
ない。

【００３１】 図３を参照すると、本発明の第２の好ましい実施形態が示されていて、この装
置では、力検出要素５０を用いてアーム４４からリールスプール２６に作用する
力を検出している。本発明のかかる実施形態では、窪みを直接検出して検出され
た窪みと共にロールの半径厚さを用いてキャリッジの動きを制御するのに代えて
、力センサ５０で測定した力を検出された紙ロールの半径厚さないし直径と共に
用いてキャリッジの動きを制御する。

【００３２】 従って、下流側アーム４４は、リールスプール２６に接触する弾性要素５０を
支持する。図示の実施形態における弾性要素は、ハウジングないしシリンダ５２
と、その中に取付けられている圧縮コイルスプリング５４とを備えているが、他
のタイプのスプリングも使用可能である。ピストン５６は、シリンダ５２の開端
に隣接した側のスプリング５４の端部に取付けられる。ピストン５６はシリンダ
内に摺動可能に取付けられる。シリンダ５２は、該シリンダの軸線５８をリール
スプール２６の半径に沿って概略向けるようにしてアーム４４に取付けられる。
ローラーないし車輪６０は、ピストン５６に回転可能に取付けられて、リールス
プール２６と回転接触する。

【００３３】 従って、アーム４４とリールスプール２６との間に作用する力がその軸線に沿
って弾性要素５０を介して伝達されることが認識できるだろう。これにより、力
はシリンダ５２内のスプリング５４を圧縮する傾向を有していて、より大きい力
はスプリング５２をより大きく変形させ、より小さい力はスプリングをより小さ
く変形させる。スプリングは既知のバネ定数を有するので、スプリング５２の長
さがアーム４４とリールスプール２６との間に作用する力の測定値となって、そ
れゆえ、親ロール２５とリールドラム１９との間に働く直線ニップ荷重に比例す
るか、指示値となる。

【００３４】 弾性要素５０に隣接させて距離測定装置６２が取付けられてスプリング５４の
長さを検出する。測定装置６２はハウジング５２に固定されたものとして示して
いるけれども、これに代えて、巻取装置１０の包囲ハウジングの壁や天井のよう
な他の構造に固定してもよい。必須ではないものの好ましくは、距離測定装置６
２はレーザー変位センサを備え、鏡６４がピストン５６に取付けられてレーザー
光を反射してセンサ６２へ戻す。他のタイプの距離測定装置を代わりに使用して
もよくて、それには上に列挙したあらゆるタイプの装置が含まれる。

【００３５】 センサ６２は制御装置６６に結合され、制御装置は一対のバルブ６８（図２）
に結合されて、これらは液圧アクチュエータ３８に結合される。制御装置６６は
、センサ６２から受けた信号に基づいてバルブ６８を動作させるようにプログラ
ムされていて、センサ６２によって指示された力を所定の限界内に維持する。

【００３６】 本発明によれば、直線ニップ荷重を一定ではなくて、むしろ、ニップ荷重が大
きくなる紙ロールの半径厚さの関数として変化するように巻取りを制御すること
によって、特にティッシュのような柔らかいグレードの紙について、改善された
紙の品質が得られる。従って、センサ６２によって指示される力の設定点は、紙
ロール２５の半径厚さないし直径の関数とするのが有利である。このために、第
２の実施形態による巻取装置は好ましくは、ロールの半径厚さないし直径を検出
するために、位置センサ又は距離測定装置を含む。前述したいずれのタイプのセ
ンサも、ロールの半径厚さないし直径を検出するために使用できる。さらに、力
検出要素５０は本質的にはロードセルから構成され、従って他のタイプのロード
セルを必要ならば所定の位置に使用できることを認識すべきである。例えば、ス
ウェーデンのKarlskogaのNobel Electronik ABから入手可能なＫＯＳＤ−４０又
はＫＩＳＤ−８のロードセルを、リールスプールに当接するローラー６０のシャ
フトに組込むことができる。

【００３７】 図４は、本発明の第２の実施形態による液圧アクチュエータ３８を制御するた
めの制御装置を示している。制御装置の構成要素は従動側と駆動側のキャリッジ
の双方について示している。制御装置６６は、力検出要素ないしロードセル５０
に作用する力の設定点の値を計算するためのプログラマブルロジックコントロー
ラ及び／又はコンピュータ８０と、バルブ６８を操作するための制御装置８２と
を備えて、液圧アクチュエータ３８が従動側キャリッジを動かして、従動側のロ
ードセル５０によって指示された実際の力と設定点の値との間の誤差をゼロにす
るように駆動する。従って、実際の力ないし“直線荷重”は、符号８４にて示す
ように、従動側のロードセル５０から設定点制御装置８０へと伝えられる。代わ
りに、“実際の”直線荷重は従動側と駆動側とのロードセルで指示された力の平
均でもよい。ロードセル５０によって指示された力は概略は直線ニップ荷重に比
例するだろうが、多くの場合において、様々な理由のためにニップ荷重と一致は
しないであろうことを認識すべきである。例えば、ローラー６０がリールスプー
ルと接触する点は、紙ロール２５の中心から、紙ロールとリールドラム１９との
接触点へと通るような半径の線には整列されていないことがある。

【００３８】 上述の如く、直線荷重の設定点は紙ロールの半径厚さないし直径の関数にする
のが有利であって、直線荷重とロールの直径との間の所定の相関関係に基づいて
制御装置で計算するのが好ましい。例えば、制御装置はロールの検出された直径
に基づいて直線荷重の設定点を決定するように、テーブルを検索するなどのよう
にプログラムできる。所定の相関関係は一般に異なるグレードの紙では異なると
共に他の要因にも影響されることを認識すべきである。従って、位置センサ８６
がそれぞれの液圧アクチュエータ３８に組込まれるか、又は結合される。紙ロー
ルの直径はキャリッジの位置の関数であり、従って位置センサ８６からの信号は
ロールの直径の指示値となる。この位置信号は、符号８８にて示すように、設定
点制御装置８０に送られる。設定点制御装置８０は、直線荷重のための設定点を
計算し、符号９０にて示すように、設定点を制御装置８２へ伝える。設定点と実
際の直線荷重との間の誤差は符号９２にて制御装置８２によって決定されて、誤
差信号は比例積分制御９４に送られて、これが直線荷重の誤差をゼロに向けて駆
動するための修正信号を発生させる。修正信号はデジタル−アナログ変換器９６
を介して送られて、変換されたアナログ信号は従動側のアクチュエータ３８のバ
ルブ６８へ送られて、バルブは増分量によって開閉してアクチュエータ３８を操
作して、従動側キャリッジを増加的に動かして、直線荷重を設定点の値に増加又
は減少させる。

【００３９】 装置の駆動側では位置制御を用いて、駆動側のキャリッジの位置を本質的には
従動側のキャリッジと同様にして維持する。従って、従動側の位置センサ８６か
らの実際の位置と駆動側の位置センサ８６からの実際の位置との間の誤差は符号
９８に示すように制御装置８２内で決定されて、誤差信号は比例積分制御装置１
００に送られて、この制御装置が駆動側のアクチュエータ３８のための修正信号
を発生する。修正信号はデジタル−アナログ変換器１０２に送られて、これがア
ナログの修正信号を駆動側アクチュエータ３８のバルブ６８に供給して、位置誤
差をゼロに向けて駆動する。

【００４０】 巻取動作中にわたって、駆動側キャリッジに位置制御を使用してリールスプー
ル２６をリールドラム１９に平行に維持するけれども、新しいリールスプールが
上側位置にあって（図１のリールスプール２６’に示される）、紙ウェブの後尾
が新しいリールスプールに巻掛けられてリールスプールへの紙の巻取りを開始す
るような、巻取りのごく開始時には、制御装置はリールスプールの片方の端部を
他方の端部よりもリールドラムにより接近させて位置決めするようにプログラム
されているのが好ましい。このようにリールスプールを位置決めすると後尾がス
プールに巻取られるのが容易になる。例えば、リールスプールの片方の端部はリ
ールスプールの他方の端部よりも約２０ｍｍほどリールドラムに接近させて配置
される。

【００４１】 図１の符号２６’に示すような上側位置のリールスプールにおいて、リールス
プール２６への紙の巻取りが開始するとき、その位置でのニップ荷重の制御は、
本発明の方法を用いたのでは困難であるが、それは紙の層が依然として極めて薄
くてそれゆえに実質的に窪みを生じないからである。従って、上側位置での巻取
処理の制御は、例えばストレインゲージや他の力センサを用いた在来のニップ荷
重制御などの他の方法で実行されて、本発明の方法を採用できるのに十分にリー
ルスプールの紙の層が厚くなったならば、この時点で本発明の方法によるニップ
荷重の制御を開始する。

【００４２】 本発明のある種の好ましい実施形態についての上述の説明から、本発明は、紙
の巻取装置における直線ニップ荷重を制御するための装置及び方法であって、た
とえ低いレベルのニップ荷重にあってもニップ荷重の正確な制御を容易にするも
のを提供することが認識されるだろう。

【００４３】 当業者にあっては、上記説明及び関連図面で提示された教示の利益を有するよ
うな、本発明に関連している本発明の多くの改変と他の実施形態を思いつくだろ
う。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されるべきではなく、その
改変や他の実施形態は特許請求の範囲の範囲内に含まれることを意図しているこ
とを理解すべきである。さらに、本明細書では特定の用語を使用したけれども、
それらは一般的で説明的な感覚でだけ用いられていて、限定する目的ではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の好ましい実施形態による巻取装置を示す側立面図であって、
この装置は、ロールの半径窪みを推論するための、紙ロールの窪んでいない及び
窪んだ半径方向の厚さないし直径を測定するためのセンサを含んでいる。

【図２】 図２は、図１の装置のリールドラムとリールスプールとキャリッジとを示す模
式的な側立面図であって、紙ロールの窪んでいない及び窪んだ厚さの測定を示す
と共に、リールドラムに対してキャリッジを動かすアクチュエータの動作を制御
するための制御装置とバルブとを示している。

【図３】 図３は、本発明の第２の好ましい実施形態による直線ニップ荷重に比例した力
ないし指示値を検出するための弾性要素を示す拡大横断面図であって、ここでは
紙ロールの半径厚さないし直径の関数として力を用いて窪み及びニップ荷重を制
御している。

【図４】 図４は、本発明の第２の好ましい実施形態による巻取装置の二次側巻取装置の
従動側と駆動側とのキャリッジの位置制御のための制御装置を示す制御線図であ
る。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紙材料のウェブをロールに巻取るための装置であって、この
   装置が、 回転可能に取付けられたリールスプールであって、紙材料のウェブが巻取られ
   て直径が大きくなっていくロールを形成するような上記リールスプールと、 リールスプールに隣接して回転可能に取付けられたリールドラムと、 リールドラムとリールスプールとの一方を支持して他方に対して可動にすると
   共に、リールドラムとリールスプールとのうちの前記一方を他方に対して位置決
   めして、両者の間にニップを形成するようなキャリッジと、 キャリッジに結合されていて、リールドラムとリールスプールとが互いに向か
   うように促すべくキャリッジを動かすように動作して、リールドラムが紙のロー
   ルををニップにて局所的に半径方向に窪ませるようにするアクチュエータと、 リールドラムの紙のロールに対する半径方向の窪みを指示する信号を提供する
   センサユニットと、 センサユニットとアクチュエータとに結合された制御装置であって、ニップで
   の紙ロールに対してのリールドラムの半径方向の内向きの窪みの量を所定の制限
   内に維持すべく、キャリッジを動かすようにアクチュエータを制御するように動
   作する上記制御装置と、を備えていることを特徴とする巻取装置。
2. 【請求項２】 センサユニットが紙ロールの直径を検出するように動作する
   センサを含むと共に、制御装置が紙ロールの検出された直径に基づいて窪みの制
   限値を決定及び調節するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１
   記載の装置。
3. 【請求項３】 センサユニットが、ニップでの紙ロールの窪んだ半径厚さの
   関数としての信号を提供する第１のセンサと、ニップから間隔を隔てた紙ロール
   の窪んでいない領域での半径厚さの関数としての信号を提供する第２のセンサと
   を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 制御装置が、第１及び第２のセンサからの信号を受けて、リ
   ールドラムの紙ロールに対する窪みの量を計算することを特徴とする請求項３記
   載の装置。
5. 【請求項５】 第２のセンサは、レーザー測定装置及び超音波測定装置の少
   なくともひとつから構成されている距離測定装置であることを特徴とする請求項
   ３記載の装置。
6. 【請求項６】 センサユニットが、 紙のロールの窪んでいない厚さを指示する信号を提供する第１の位置センサと
   、 紙ウェブが巻取られてロールを形成しているときのキャリッジの位置を指示す
   る信号を提供する第２の位置センサと、を含み、 制御装置が、第１及び第２のセンサからの信号を受けて、前記信号に基づいて
   リールドラムの紙のロールに対する窪みの量を計算することを特徴とする請求項
   １記載の装置。
7. 【請求項７】 第２の位置センサは磁気歪直線変位センサであることを特徴
   とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 第２の位置センサは変形可能な要素であることを特徴とする
   請求項６記載の装置。
9. 【請求項９】 紙材料のウェブをロールに巻取るための方法であって、この
   方法が、 リールドラムとリールスプールとの一方を他方に隣接させて配置して、両者の
   間にニップを形成するような段階と、 リールドラムとリールスプールとを回転させて、紙材料のウェブをリールスプ
   ールに巻取って直径が大きくなっていくような紙のロールを形成する段階と、 リールドラムとリールスプールとの一方に力を作用させて、リールドラムをニ
   ップに隣接してロールに対して窪ませるような段階と、 紙ロールの直径と、リールドラムの紙ロールに対する窪みとリールドラム及び
   リールスプールのうちのひとつに作用する力との少なくともひとつとを検出する
   段階と、 前記窪みと作用する力とのうちのひとつを所定の制限内に維持すべく、リール
   ドラムとリールスプールとの一方の位置を調節して、それによりリールドラムと
   紙ロールとの間の直線ニップ荷重を制御する段階と、を備えていることを特徴と
   する方法。
10. 【請求項１０】 検出段階が、紙ロールの直径とリールドラムの紙ロールに
    対する窪みとを検出することを備え、調節段階が、リールドラムとリールスプー
    ルとの一方の位置と、リールドラムとスプールとの一方に作用する力とを調節す
    ることを備え、紙ロールの直径が増加するとき、リールドラムの紙ロールに対す
    る窪みを所定の制限内に維持することを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 【請求項１１】 検出段階が、紙ロールの直径と、リールドラムとリールス
    プールとの一方に作用する力とを検出することを備え、検出された直径と、力と
    紙ロールの直径との間の所定の相関関係とに基づいて、検出された力についての
    制限を決定する段階をさらに備え、調節段階が、検出された力を前記制限内に維
    持すべく、リールドラムとリールスプールとの一方の位置を調節する段階を備え
    、それにより紙ロールの直径の関数として直線ニップ荷重と紙ロールの窪みとを
    制御することを特徴とする請求項９記載の方法。