JP2004067367A - フィルム類巻取り装置および巻取り制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム類巻取り装置の押さえロールの押圧力を常に最適な値に設定することにより、巻取りロール内の気泡や巻きずれやしわを防止する。
【解決手段】装置本体に軸支され、回転しながらフィルム類７を巻取る巻取りロール９と、巻取りロール９と離間した位置に平行に配置され、巻取りロール９の外周に押圧力を与える押さえロール１１と、装置本体に固定され、巻取りロールの９半径と外周速度から最適な押圧力を演算する制御装置１９と、押さえロール１１の両端に設けた軸受１３と、軸受１３が固定され、押さえロール１１を巻取りロール９に押圧する方向へ案内するリニアガイド１５と、軸受１３と連結されて押さえロール１１に押圧力を付与する押圧手段１７とを有するフィルム類巻取り装置１において、押さえロール１１の押圧力の反力により軸受１３の外側を覆う軸受ブラケット２１に生じたひずみを測定するひずみ測定手段２３を設を設ける。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム類巻取り装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム類巻取り装置は、材料を縦軸方向又は横軸方向に延伸して製作する一軸、二軸、または無延伸フィルムや、更には紙、布の生産にも使用することができる装置である。例えば、平面状に生産された梱包用のフィルム類の帯状物を、本体枠に固定した押さえロールを用いて、前記フィルム類に適度な押圧力を与えながら、可変速モータ等により回転する巻取りロール巻き取らせて、最終的な出荷形態である円柱状の巻取りロールに仕上げる装置である。
【０００３】
これらのフィルム類巻取り装置や押さえロールがフィルム類に対して与える押圧力の調節方法については、従来から多くの技術が開示されている。例えば、特開平４−１０６０５７号では、前記帯状物を効率的に巻取ると共に、巻取りロール内に気泡、巻きずれ、しわを防止するために、前記巻取りロールに接触させて従動回転させながら、前記帯状物の巻取り工程中に帯状物に押圧力を与える円柱状の押さえロールを設けている。
さらには、特開平６−２７１１５４号では、押さえロールを固定して取り付けた場合、巻取り作業工程で巻取りロールの半径が徐々に大きくなると、前記押さえロールの押圧力も徐々に変化してしまうため、前記巻取りロールの巻取り半径と外周速度による最適な押圧力を決定し、巻取り工程中にその半径と速度を測定して、押さえロールの押圧手段である可変ダンパまたはエアシリンダ等の弾性係数を調整する技術が記載されている。また、巻芯に巻かれる帯状物には微小な厚みのばらつきがあるために巻取りロールの外形が真円状にならず、巻取りロールの回転周期に合わせて押さえロールがバウンドして追従できなくなるため、巻取りロールの１周当りの外形の変形を検出して前記可変ダンパ等の弾性係数を調整する技術などが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最適な押圧力をエアシリンダ等の押圧手段に設定しても、前記エアシリンダや押さえロールを巻取りロールへ押圧する方向に案内するリニアガイド等には摺動抵抗があるため、実際に押さえロールに作用する押圧力は、最適な押圧力から摺動抵抗の分だけ目減りしてしまう。また、巻取りロールの表面には弾性があるため、荷重負荷時と荷重除去時には押圧力に履歴現象が生じる。そのため、実際の押さえロールの押圧力がエアシリンダ等の設定値よりも弱くなり、巻取りロール内に気泡やしわが生じてしまう。
また、巻取り工程で巻取り量が徐々に増えると、当然に巻取りロールの重量も徐々に増加してゆき、押さえロールの両端には帯状物の微妙な厚みのばらつきにより重量のアンバランスが生じる。これにより、両端のリニアガイドの摺動抵抗もアンバランスとなる。このような状況では、押さえロールの両端での押圧力のどちらか一端が弱いために、押さえロールが片当りを起こし、押圧力の弱い方へ帯状物が偏る等の巻きずれが生じてしまう。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、押圧手段として用いるエアシリンダが押さえロールの両端の軸受を押す力と、押さえロールが巻取りロールを押圧する実際の押圧力との差異を両端の軸受で測定し、フィードバック制御によりそれぞれのエア圧を最適な値に再調整して、押さえロールの押し圧力を常に最適な値に設定することにより、巻取りロール内の気泡やしわの発生を防止して、作業効率や製品の品質の向上を図ることが可能なフィルム類巻取り装置およびその制御方法を提供することにある。
さらに、上記の設定値の調整を両端の軸受でそれぞれ個別に行ない、押さえロールの両端に生じる摺動抵抗等のアンバランスを修正することにより、巻ずれ等を防止して、さらに作業効率や製品の品質の向上を図ることが可能なフィルム類巻取り装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、フィルム類の帯状物を巻取る装置であって、装置本体に軸支され、回転しながらフィルム類を巻取る円柱状の巻取りロールと、前記巻取りロールと離間した位置に平行に配置され、前記巻取りロールの外周に押圧力を与える円柱状の押さえロールと、前記装置本体に固定され、巻取り工程中に変化する前記巻取りロールの円柱状の半径と外周速度から最適な押圧力を演算する制御装置と、該押さえロールの両端に設けた軸受と、該軸受が固定され、前記押さえロールを前記巻取りロールに押圧する方向へ案内するリニアガイドと、前記軸受と連結されて前記押さえロールに押圧力を付与する押圧手段とを有するフィルム類巻取り装置において、前記押さえロールの押圧力の反力により前記軸受の外側を覆う軸受ブラケットに生じたひずみを測定するひずみ測定手段を設ける。
また、前記ひずみ測定手段の代わりに、前記軸受の軸受ブラケットに前記押さえロールの押圧力の反力により生じる変位を測定する変位測定手段を設ける。
また、巻取り工程中に変化する巻取りロールの半径と外周速度から最適な押圧力を演算する段階と、演算した押圧力により前記押圧手段の押圧力を制御する段階と、前記ひずみ測定手段により軸受ブラケットのひずみを測定する段階と、測定したひずみから押さえロールが実際に与えている押圧力を演算する段階と、制御中の前記押圧手段の押圧力とひずみを演算して求めた押圧力の差分を追加して前記押圧手段をフィードバック制御する段階とを順次繰り返し行なう。
また、上記ひずみ測定手段の代わりに、前記変位測定手段を用いる。
さらにまた、ひずみまたは変位を測定する段階と、前記押圧手段をフィードバック制御する段階を、押さえロールの両端に設けた軸受に対し、両端で別々に制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るフィルム類巻取り装置について、図面を用いて詳細に説明する。本発明は、以下の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態に係るフィルム類巻取り装置の押さえロール部分の構成を表す。
フィルム類巻取り装置１では、可変モータ（図示せず）等を使用して回転する回転軸３に巻芯５をセットして、生産された二軸延伸フィルム等のフィルム類７を前記巻芯５に巻きつけて、円柱状の巻取りロール９が作られる。前記フィルム類７を巻芯５に巻付ける工程においては、円柱状の押さえロール１１を用いて前記巻取りロール９の全幅に押圧力をかけながらフィルム類７の巻取りを行ない、巻取りロール９の巻きずれや巻層内の気泡の発生を防止している。
なお、前記巻取りロール９の回転軸３、および押さえロール１１の回転軸４の両端にはそれぞれ軸受が設けられており、前記回転軸３，４はそれぞれ自由に回転することができるように構成されている。
【０００９】
前記押さえロール１１は、前記巻取りロール９と離間した位置に平行に設けてある。前記押さえロール１１の幅寸法は、前記巻取りロール９の全幅と同等かそれよりも大きい値で製作され、巻取りロール９の全幅に押圧力を付与できるように配置されている。さらに、前記押さえロール１１の両端には、これを支持する軸受１３（左側を１３ａ、右側を１３ｂとする）が取り付けられている。該軸受１３ａ，１３ｂは、軸受１３ａ，１３ｂの上部に設けたリニアガイド１５（左側を１５ａ，右側を１５ｂとする）の可動部に固定されており、装置本体に固定されたリニアガイド１５ａ，１５ｂの直動レールに案内されて、前記巻取りロール９を押圧する方向へ動く構成となっている。
前記押さえロール１１は、エアシリンダ（押圧手段）１７（左側を１７ａ，右側を１７ｂとする）から押圧力が供給される。該エアシリンダ１７ａ，１７ｂは、前記巻取りロール９の反対側の装置本体に固定されている。また、前記エアシリンダ１７ａ，１７ｂは、前記押さえロール１１の軸受１３ａ，１３ｂと押出しアーム１２で連結されており、前記軸受１３ａ，１３ｂを押圧することで、前記押さえロール１１に押圧力を与えている。
【００１０】
前記エアシリンダ１７は、エア圧力を調整することにより、前記押圧力を変化させることができる。エアシリンダ１７ａ，１７ｂは、それぞれ左側および右側で別々に制御装置１９と電気的に結線され、該制御装置１９からの制御信号により、前記軸受１３ａ，１３ｂをそれぞれ別々に押圧している。
【００１１】
前記軸受１３は、内側に設けたベアリングと外側に設けた軸受ブラケット２１から構成されており、該軸受ブラケット２１の各部分には、それぞれ、たわみ部２１ｘ、軸受部２１ｙ、支持部２１ｚが設けられている。
たわみ部２１ｘは、前記軸受部２１ｙと前記支持部２１ｚに挟まれた部分を示しており、押さえロール１１の押圧力の反力の最大値が作用しても、たわみ部２１ｘが弾性限度域を超えないように材料および構造が決定されており、さらに前記反力により発生する曲げ応力が材料の疲労限度以下となるような断面積を有している。前記軸受ブラケット２１の材料は、一般的な鋳鉄や鉄のように降伏点のある材料を用いている。
軸受部２１ｙは、ベアリングおよびベアリングを固定している部分の外周部を示しており、前記押圧力によるひずみや変位がほとんど発生しないように強固な形状で作られている。前記ベアリングには自動調心ころ軸受などが使用されており、リニアガイド１５が軸受を案内する際に生じる両端の軸芯のずれを許容している。前記ベアリングには、前記押さえロール１１の回転軸４が嵌合され、さらに前記エアシリンダ１５ａ，１５ｂが、回転軸４の中心を通って巻取りロール９の方向へ押圧力を伝える受け部が設けられている。
支持部２１ｚは、軸受の固定部分を示しており、ボルト類により前記リニアガイド１５に強固に固定されていて、前記押圧力に対し十分な強度を有する。
これにより、軸受部２１ｙが受ける前記押圧力の反力は、たわみ部２１ｘを介して支持部２１ｚへ伝達されるため、たわみ部２１ｘのひずみ、あるいは軸受部２１ｙと支持部２１ｚの間の変異量と比例関係にある。
【００１２】
前記たわみ部２１ｘには、前記押圧力の反力によりたわみを生じる部分にひずみ測定手段２３を設けている。本実施の形態の説明では、ひずみ測定手段としてひずみゲージ２３（左側を２３ａ，右側を２３ｂとする）を用いて説明する。
図１で、前記ひずみゲージ２３は、前記たわみ部２１ｘの曲げ応力が作用する１以上の箇所に貼り付けられ、引張ひずみまたは圧縮ひずみのいずれかを測定することができる。２以上の測定点を設け、測定値から換算した作用力の平均値を算出して、より精度を高めることもできる。貼り付け方は、曲げ応力によるひずみが大きく出る部分に１方向に貼り付けてもよいし、３方向のひずみゲージを用いてより測定精度を高めることもできる。
上記測定から入手したひずみの実測値を、縦弾性係数、たわみ部２１ｘの断面積を基に演算を行ない、前記軸受部２１ｙに実際に作用している荷重を求めることができる。
【００１３】
また、前記たわみ部２１ｘにひずみゲージ２３を貼り付けて測定する代わりに、変位測定部２２を設けて、変位センサー（変位測定手段）２５（左側を２５ａ，右側を２５ｂとする）を用いてその位置での変位を測定することにより実際に作用している荷重を計算することもできる。
図１の実施の形態の例では、縦に長い溝を設けた軸受ブラケット２１を用い、溝に対して巻取りロール９側の部分に前記たわみ部２１ｘ，軸受部２１ｙを設け、エアシリンダ１７側の部分に前記固定部２１ｚを下側に延ばした構造としている。さらに、前記軸受部２１ｙの下部であって、前記巻取りロール９と反対側に位置する箇所（図１中の左下隅）に変位測定部２２を設け、前記固定部２１ｚを下側に延長した端部に変位センサー２５を取り付けている。
前記軸受ブラケット２１の溝は、前記固定部２１ｚの下方向へ延ばした部分が押さえロール１１の押圧力でたわまないように分離するために設けられている。ゆえに、前記変位センサー２５は、前記軸受２３として一体で可動し、かつ押圧力によるたわみの生じない位置に固定されているのに対し、前記変位測定部２２は、前記押圧力によりたわみ部２１ｘがたわみ、前記押圧力と比例して前記変位測定部２２が変位するため、前記変位センサー２５で変位を測定することができる。
前記変位センサー２５は、測定する接触子を前記変位測定部２２に接触させ、変位を電気的信号に変換するものを使用する。ひずみと同様に、変位についても、縦弾性係数、たわみ部２１ｘの断面積から前記軸受部２１ｙに実際に作用している荷重を計算で得ることができる。
【００１４】
前記制御装置１９は、本装置の前部または側部に固定または移動できるように配置されており、前記巻取りロールの外周の変位と外周速度の検出装置（図示せず）と、前記エアシリンダ１７ａ，１７ｂと、ひずみゲージ２３ａ，２３ｂと、変位センサー２５ａ，２５ｂが電気的に結線されている。さらに、前記押さえロール１１の押圧力が左右でばらつきがあるので、左右で別々に押圧力の微調整を可能とするために、左側の軸受１３ａに作用する荷重と、右側の軸受１３ｂに作用する荷重をそれぞれ別々に制御するシステムを有している。
【００１５】
次に、制御装置１９の制御方法を説明する。本発明では、左側と右側の押圧力を別々に制御しているが、同じ制御を別々に行なっている以外に差異はないため、本装置の左側についてのみ説明を行なう。
前記押さえロール１１の押圧力の初期値は、図示はしないが、前記巻取りロール９の巻き取り半径と、前記巻取りロールの外周速度とを検出する検出装置から測定結果が制御装置１９に逐次送られ、プログラムにより必要な押圧力の値が制御装置１９により決定される。制御装置１９は、決定した必要な押圧力を、エアシリンダ１７ａの調整可能なエア圧に換算して、前記エアシリンダ１７ａへエア圧の値を逐次送信する。前記エアシリンダ１７ａは、調整されたエア圧による押圧力を前記軸受１３ａへ伝達する。該軸受１３ａはリニアガイド１５ａが案内する方向に前記押圧力を軸４に伝達し、これにより、押さえロール１１は巻取りロール９を押圧する。
【００１６】
さらに、制御装置１９は、前記ひずみゲージ２３ａ、または前記変位センサー２５ａからの信号を受信し、実際の押さえロール１１の押圧力を計算し、エアシリンダ１７ａへ送信したエア圧の値との差異を計算する。さらに、前記の差異がある場合は、実際の押さえロール１１の押圧力が、巻き取り半径と外周速度から計算した押圧力となるように、エアシリンダ１７ａのエア圧を修正する。
例えば、前記巻取りロール９の半径と外周速度から求めた最適な押圧力であって、エアシリンダ１７ａに設定した押圧力を（Ａ）、ひずみゲージ２３ａから測定した実際の押圧力を（Ｂ）とすると、差異は（Ａ−Ｂ）である。この（Ａ−Ｂ）は、エアシリンダやリニアガイドの摺動抵抗による力のロス分を示す。ゆえに、制御装置１９は、フィードバック制御により、エアシリンダ１７ａに設定する押圧力を、（Ａ＋（Ａ−Ｂ））に修正して再設定する。
このフィードバック制御を逐次行なうことで、実際に負荷されている押さえロール１１の押圧力を、巻取り半径と外周速度から求めた必要な押圧力に限りなく近づけることができる。
同様な方法で、本装置の右側の軸受１３ｂ、リニアガイド１５ｂ、エアシリンダ１７ｂが、左側と同様な動作を行なうため、右側についても同じように制御することができる。
【００１７】
本発明の実施形態に係るフィルム類巻取り装置１では、前記押さえロール１１の両端に設けた軸受１３の軸受ブラケット２１にひずみゲージ２３または変位センサー２５を設けることにより、ひずみまたは変位から換算した押さえロール１１の実際の押圧力が得られる。ゆえに、前記実際の押圧力と前記エアシリンダ１７に設定した押圧力の差異をフィードバック制御により逐次修正し、押さえロール１１が常に最適な押圧力で巻取りロール９を押圧することにより、前記巻取りロール９の半径の変化や外周の微妙な起伏が原因で発生する巻取りロール７内の気泡やしわを防止することができる。
【００１８】
また、本発明の実施形態に係るフィルム類巻取り装置１の制御方法では、前記押さえロール１１の両端の軸受１３で別々にひずみまたは変位を測定しフィードバック制御を行ない、押さえロール１１の両端の重量等のアンバランスにより生じる両端のリニアガイド１５等の摺動抵抗のアンバランス分などを調整しているので、押さえロール１１の押圧力のどちらか一端が弱いために生じる押さえロール１１の片当りやフィルム７類の巻きずれ等の不具合を防止することができる。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、前記変位センサー２５は、上記効果を得られるものであれば、磁気により生じる磁場を測定することにより、変位を測定する非接触式の磁気センサーなどを用いて構成することもできる。
また、ひずみの測定中に、極端にひずみが大きくなった場合は、前記押さえロール１１がバウンドしているものと推定し、エアシリンダ１７のエア圧をさらに高くするなどの制御を行なうこともできる。
【００２０】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係るフィルム類巻取り装置は、巻取り工程中に変化する巻取りロールの半径と外周速度を検出し最適な押圧力を演算する制御装置と、前記巻取りロールの外周に適度な押圧力を与える押さえロールと、該押さえロールの両端に設けた軸受と、該軸受が固定され前記押さえロールを前記巻取りロールに押圧する方向に移動させるリニアガイドと、前記軸受と連結されて前記押さえロールに押圧力を付勢する押圧手段とを有するものであって、前記押さえロールの押圧力により前記軸受の軸受ブラケットに生じたひずみを測定するひずみ測定手段を設けたことにより、巻取りロール内の気泡やフィルム類のしわを防止して、作業効率や製品の品質の向上を図ることが可能なフィルム類巻取り装置を提供することができる。
【００２１】
また、巻取り工程中に変化する巻取りロールの半径と外周速度から最適な押圧力を演算する段階と、演算した押圧力により前記押圧手段の押圧力を制御する段階と、前記ひずみ測定手段によりひずみを測定する段階と、測定したひずみから押さえロールが実際に与えている押圧力を演算する段階と、制御中の前記押圧手段の押圧力とひずみを演算して求めた押圧力の差分を追加して前記押圧手段をフィードバック制御する段階とを順次繰り返し行なうことにより、巻取りロール内の気泡や巻きずれ、しわを防止して、作業効率や製品の品質の向上を図ることが可能なフィルム類巻取り装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフィルム類巻取り装置の押さえロール部分の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１　フィルム類巻取り装置
３回転軸
４　回転軸
５　巻芯
７　フィルム類
９　巻取りロール
１１　押さえロール
１２　押出しアーム
１３　軸受
１３ａ　軸受（左側）
１３ｂ　軸受（右側）
１５　リニアガイド
１５ａ　リニアガイド（左側）
１５ｂ　リニアガイド（右側）
１７　エアシリンダ（押圧手段）
１７ａ　エアシリンダ（左側）
１７ｂ　エアシリンダ（右側）
１９　制御装置
２１　軸受ブラケット
２１ｘ　たわみ部
２１ｙ　軸受部
２１ｚ　支持部
２２　変位測定部
２３　ひずみゲージ（ひずみ測定手段）
２３ａ　ひずみゲージ（左側）
２３ｂ　ひずみゲージ（右側）
２５　変位センサー（変位測定手段）
２５ａ　変位センサー（左側）
２５ｂ　変位センサー（右側）

Claims (5)

1. フィルム類の帯状物を巻取る装置であって、装置本体に軸支され、回転しながらフィルム類を巻取る巻取りロールと、前記巻取りロールと離間した位置に平行に配置され、前記巻取りロールの外周に押圧力を与える押さえロールと、前記装置本体に固定され、巻取り工程中に変化する前記巻取りロールの半径と外周速度から最適な押圧力を演算する制御装置と、該押さえロールの両端に設けた軸受と、該軸受が固定され、前記押さえロールを前記巻取りロールに押圧する方向へ案内するリニアガイドと、前記軸受と連結されて前記押さえロールに押圧力を付与する押圧手段とを有するフィルム類巻取り装置において、前記押さえロールの押圧力の反力により前記軸受の外側を覆う軸受ブラケットに生じたひずみを測定するひずみ測定手段を設けたことを特徴とするフィルム類巻取り装置。
2. 請求項１に記載のフィルム類巻取り装置において、前記ひずみ測定手段の代わりに、前記軸受の軸受ブラケットに前記押さえロールの押圧力の反力により生じる変位を測定する変位測定手段を設けたことを特徴とするフィルム類巻取り装置。
3. 装置本体に軸支され、回転しながらフィルム類を巻取る巻取りロールと、前記巻取りロールと離間した位置に平行に取り付けて、前記巻取りロールの外周に押圧力を与える押さえロールと、装置本体に固定され、巻取り工程中に変化する前記巻取りロールの円柱状の半径と外周速度から最適な押圧力を演算する制御装置と、該押さえロールの両端に設けた軸受と、該軸受が固定され、前記押さえロールを前記巻取りロールに押圧する方向へ案内するリニアガイドと、前記軸受と連結されて前記押さえロールに押圧力を付与する押圧手段とを有するフィルム類巻取り装置の制御方法において、さらに前記フィルム類巻取り装置は、前記押さえロールの押圧力の反力により前記軸受の外側を覆う軸受ブラケットに生じたひずみを測定するひずみ測定手段を備え、巻取り工程中に変化する巻取りロールの半径と外周速度から最適な押圧力を演算する段階と、演算した押圧力により前記押圧手段の押圧力を制御する段階と、前記ひずみ測定手段により軸受ブラケットのひずみを測定する段階と、測定したひずみから押さえロールが実際に与えている押圧力を演算する段階と、制御中の前記押圧手段の押圧力とひずみを演算して求めた押圧力の差分を追加して前記押圧手段をフィードバック制御する段階とを順次繰り返し行なうことを特徴とするフィルム類巻取装置の制御方法。
4. 請求項３に記載のフィルム類巻取り装置の制御方法において、前記ひずみ測定手段の代わりに、前記変位測定手段を用いたことを特徴とするフィルム類巻取り装置制御方法。
5. 請求項３または４に記載のフィルム類巻取り装置の制御方法において、ひずみまたは変位を測定する段階と、前記押圧手段をフィードバック制御する段階を、押さえロールの両端で別々に行なうことを特徴とするフィルム類巻取り装置の制御方法。

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