JP2004217406A - 輪転機の給紙装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輪転機の給紙装置に関し、紙通し操作時のウェブの張力過多による、ウェブの紙通しベルトからの脱離やウェブの断裂を防止できるようにする。
【解決手段】紙通し装置による紙通し操作時に、制御手段３０，３１によってリールを回転駆動及び制動する手段としてのモータ８を速度制御するとともに、その制動トルクに上限値を設ける。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新聞用オフセット輪転機および商業用オフセット輪転機の給紙装置に関し、詳しくは、紙通し操作及び紙張り操作における給紙モータの制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は新聞輪転機の構成を示す概略図である。輪転機は、図中に破線で囲っているように、大きく分類して給紙部２１、印刷部２２、折部２３から構成されている。このうち給紙部２１にはリールスタンド１７が設けられ、リールスタンド１７に回転可能に支持されたリール（巻取紙）１から下流の印刷部２２、折部２３へ向けてウェブ１８が連続的に供給されている。リール１の軸端にはエアブレーキ２４が備えられており、エアブレーキ２４によってリール１の回転を適宜制動することで、ウェブ１８の送り出し量が調整されている。
【０００３】
輪転機には、運転開始に先立ち、ウェブ１８をリール１から引き出して給紙部２１、印刷部２２、折部２３と順に通していくための紙通し装置が備えられている。この紙通し装置は、図７に示すように複数のガイドプーリー２０によって案内される紙通しベルト１９を備えている。ガイドプーリー２０はウェブ１８を案内するガイドローラに並設され、紙通しベルト１９は給紙部２１、印刷部２２、折部２３を経て再度、給紙部２１に戻るようにエンドレスに張られている。紙通しベルト１９はウェブ１８を捕捉できるようになっており、ウェブ１８はその始端部１８ａを尖端として切出し状に形成され、この尖端を幾重かに折り畳まれた状態で、或いは粘着テープ等によって補強された状態で、紙通しベルト１９に捕捉されている。紙通しベルト１９は図示しないベルト駆動装置によって駆動され、捕捉したウェブ１８を牽引して所定の経路に誘導案内する。
【０００４】
しかし、従来の装置では、リール１の自重が大きくなった場合、エアブレーキ２４の制動力をゼロにしても、リール１の慣性力によってリール１が紙通しベルト１９による牽引の力によって回動し始める前に牽引中のウェブ１８の始端部１８ａがベルト１９から外れてしまったり、あるいはウェブ１８が断裂してしまったりすることがあった。そこで、従来、この問題への対策として、特許文献１，特許文献２に開示される技術が提案されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特公平８−２２７０６号公報
【特許文献２】
特開平４−２４６５４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、リールをモータで回動し、紙通しベルトの速度に合わせてウェブを送り出すことにより、リールの回動開始時に生じるウェブの紙通しベルトからの脱離やウェブの断裂を防止するようにした技術が開示されている。しかし、この技術でも、紙通しベルトの走行速度とモータが回転駆動するリールの周速度との誤差のために、ウェブの送り出し量の過不足が生じる場合がある。これは、実機ではリールの直径を検出し、（目標モータ速度）∝（紙通しベルト速度）／（リール直径）という式によってモータ速度の指令値を演算しているが、リール直径の検出値に誤差が含まれているからである。このため、紙通しベルトで引き出す量に対してリールから送り出す量が過多の場合には紙たるみが生じ、送り出し量が不足の場合には紙張力の増加に伴うウェブの紙通しベルトからの脱離やウェブの断裂が発生してしまうという課題がある。
【０００７】
これに対し、特許文献２には、ウェブの張力を検出器で検出し、張力値をフィードバック制御しながら紙通しする技術が開示されている。しかし、張力検出器は低張力では良い精度がでないため、低い張力で紙通しを行っても高精度のフィードバック制御は難しい。このため、この技術では高い張力で紙通しする必要があるが、高張力での紙通しは、ウェブが紙通しベルトから脱離しやすいという課題がある。
【０００８】
また、輪転印刷機では、紙通し終了後、たるんだウェブに張力を与える紙張り操作が行われる。特許文献１には、機械本体を駆動し、タイマーによって一定量のウェブを先に送り出すことでたるみを除去する手法が提案されている。しかし、ウェブのたるみ量には毎回ばらつきがあり、タイマーに基づく送り出し量が過多となった場合には、ウェブがたるんだ状態から張った状態になり、さらに引っ張ろうとするときには、瞬間に大きな張力が発生し、ウェブの断裂に至ってしまう。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、紙通し操作時のウェブの張力過多による、ウェブの紙通しベルトからの脱離やウェブの断裂を防止できるようにした、輪転機の給紙装置を提供することを目的とする。
また、紙張り操作時のウェブの張力過多による、ウェブの断裂を防止できるようにした、輪転機の給紙装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の輪転機の給紙装置（第１の給紙装置）は、紙通し装置による紙通し操作時に、制御手段によってリールを回転駆動及び制動する手段としてのモータを速度制御するとともに、その制動トルクに上限値を設けるようにしたことを特徴としている。
このように紙通し時にモータの制動トルクに上限値を設けた速度制御を行うことにより、紙通し装置によるウェブの誘導速度とモータによるリールの送り出し速度に誤差があっても、低張力での紙通しを実現することができ、ウェブの張力過多による、ウェブの脱離や断裂を防止することができる。
【００１１】
第１の給紙装置における制御手段のより具体的な構成としては、モータの回転速度（実回転速度）を検出するモータ速度検出手段と、紙通し装置によるウェブの誘導速度を検出するウェブ速度検出手段と、リールの径を検出するリール径検出手段と、モータの制動トルクの上限値（上限トルク）を設定する上限値設定手段と、ウェブ誘導速度とリール径とに応じて目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、モータの実回転速度と目標回転速度との偏差からモータへの要求トルクを演算する演算手段と、上限トルクと要求トルクのうち何れか小さい方を目標トルクとして、モータにトルク指令信号を出力するモータ制御手段とからなるのが好ましい。より好ましくは、モータの出力トルク（実トルク）を検出するトルク検出手段を備え、モータ制御手段は、実トルクと目標トルクとの偏差に基づいたフィードバック制御を行うようにする。
【００１２】
また、本発明の輪転機の給紙装置（第２の給紙装置）は、紙通し装置による紙通し操作後の紙張り操作時に、リールを回転駆動及び制動する手段としてのモータを速度制御するとともに、その駆動トルクに上限値を設けるようにしたことを特徴としている。
このように紙張り時にモータの駆動トルクに上限値を設けた速度制御を行うことにより、たるみが無くなってウェブが張るときの張力過多によるウェブの断裂を防止することができる。
【００１３】
第２の給紙装置における制御手段のより具体的な構成としては、モータの回転速度（実回転速度）を検出する速度検出手段と、リールの径を検出するリール径検出手段と、モータの駆動トルクの上限値（上限トルク）を設定する上限値設定手段と、所定のウェブ巻き戻し設定速度とリール径とに応じて目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、モータの実回転速度と目標回転速度との偏差からモータへの要求トルクを演算する演算手段と、上限トルクと要求トルクのうち何れか小さい方を目標トルクとして、モータにトルク指令信号を出力するモータ制御手段とからなるのが好ましい。より好ましくは、モータの出力トルク（実トルク）を検出するトルク検出手段を備え、モータ制御手段は、実トルクに基づいたフィードバック制御を行うようにする。
【００１４】
なお、上記の第１の給紙装置における制動トルクの上限値、第２の給紙装置における駆動トルクの上限値は、ともに、好ましくは対象となるウェブパスにおける紙張力換算で１ｋｇｆ以上かつ４０ｋｇｆ以下とし、より好ましくは、３ｋｇｆ以上かつ２０ｋｇｆ以下とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態にかかる輪転機の給紙装置について示す図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように本実施形態の給紙装置は、リール１を回転駆動し、また、制動する手段としてモータ８を備えている。リール１はリールスタンド１７の各アームに回転自在に設けられたチャック治具５によって両端を支持され、モータ８はリールスタンド１７に固定されている。モータ８，チャック治具５ともにその軸部にはプーリ９が取り付けられ、２つのプーリ９，９はタイミングベルト１０によって連結されている。このような構成により、モータ８の出力トルクは、その軸部のプーリ９からベルト１０によりチャック治具５のプーリ９に伝達され、チャック治具５を介してリール１に伝達される。
【００１６】
図２、図４はモータ８を制御する制御システム（制御手段）の構成を示すブロック図である。図２は紙通し時の信号の流れを示したものであり、図４は紙張り時の信号の流れを示したものである。図２，図４にそれぞれ示すように、モータ８の制御システムは、モータ８の出力トルクを検出するトルク検出器３５，モータ８の回転速度を検出するモータ速度検出器３６，リール１の直径を検出するリール径検出器（光センサ等）３８，及び紙通しベルト（図６参照）の走行速度を検出するベルト速度検出器（エンコーダ等）３９，制御装置３０，及びモータドライバ３１から構成されている。さらに、モータドライバ３１は、速度調節器３２，トルクリミッタ３３及びトルク調節器３４から構成されている。
【００１７】
まず、紙通し時のモータ８の制御について図２を用いて説明する。上位の制御装置から制御装置３０に紙通し開始信号が入力されると、制御装置３０は、リール径検出器３８からリール１の直径の検出値Ｄを取り込み、ベルト速度検出器３９から紙通しベルトのベルト速度（ウェブ誘導速度）の検出値Ｖｂを取り込み、図示しない上位の制御装置からはウェブ１８の目標テンションＦｒｅｆを取り込む。目標張力Ｆｒｅｆは、ウェブ１８が断紙しないよう経験的に求めた張力である。
【００１８】
制御装置３０は、ベルト速度Ｖｂとリール直径Ｄとを用いて、次式（１）によりモータ８の指令速度（目標回転速度）Ｖｒｅｆを演算する。また、制御装置３０は、目標張力Ｆｒｅｆとリール直径Ｄとを用いて、次式（２）によりモータ８の制動トルクの上限設定値Ｔｍａｘを演算する。なお、次式（１），（２）におけるｋはモータ８とリール１との間の減速比である。
Ｖｒｅｆ＝Ｖｂ×ｋ／π／Ｄ ・・・（１）
Ｔｍａｘ＝Ｆｒｅｆ×Ｄ／２／ｋ ・・・（２）
制御装置３０は、これらの値Ｖｒｅｆ，Ｔｍａｘをモータドライバ３１での処理に適した信号に変換してモータドライバ３１に対して出力する。
【００１９】
モータドライバ３１では、目標回転速度Ｖｒｅｆとともにモータ速度検出器３６からのモータ８の回転速度の検出値（実回転速度）が速度調節器３２に入力される。速度調節器３２は、モータ８の実回転速度と目標回転速度Ｖｒｅｆとの偏差からモータ８への要求トルクを演算する。この要求トルクは、トルクリミッタ３３において上限トルクＴｍａｘと比較される。そして、上限トルクＴｍａｘと要求トルクのうち何れか小さい方が選ばれ、モータ８の目標トルクとしてトルク調節器３４に対して出力される。トルク調節器３４には、この目標トルクとともにトルク検出器３５からのモータ８の出力トルクの検出値（実トルク）が入力される。トルク調節器３４は、モータ８の実トルクと目標トルクとの偏差に応じたトルク指令信号をモータ８に出力し、モータ８の出力トルクを目標トルクに調整する。
【００２０】
以上のような制動トルクに上限値を設けた速度制御が行なわれることにより、紙通し開始時からのモータ８の出力特性は図３（ａ），（ｂ）に示すようになる。すなわち、紙通し開始時の加速トルクＴａによってモータ８の回転速度は上昇し（領域Ａ）、目標回転速度Ｖｒｅｆに達すると、ウェブ１８の張力に対応した任意の制動トルクＴｍで運転される（領域Ｂ）。なお、ベルト速度Ｖｂが一定であれば目標回転速度Ｖｒｅｆはウェブ１８の送り出しにともなうリール直径Ｄの減少によって次第に加速していくが、紙通し時のリール直径Ｄの変化率は微小であるため、図３では目標回転速度Ｖｒｅｆは略一定とみなしている。
【００２１】
ここで、リール１からのウェブ１８の送り出し速度が紙通しベルトの引っ張り速度より遅く、次第にウェブ１８の張力Ｆｐが増加した場合、次式（３）で表されるモータ８の軸端に作用する張力トルクＴｐが上限トルクＴｍａｘを超えない範囲では、モータ８の回転速度を目標回転速度Ｖｒｅｆに保つために、張力トルクＴｐに合わせてモータ８の制動トルクＴｍは増加してゆく（領域Ｃ）。
Ｔｐ＝Ｆｐ×Ｄ／２／ｋ ・・・（３）
【００２２】
そして、張力トルクＴｐが上限トルクＴｍａｘを超えた場合は、モータ８の制動トルクは上限トルクＴｍａｘで固定されるため、トルク差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｐ−Ｔｍａｘ）によってモータ８の回転速度は加速され、リール１の周速度は増大する。すなわち、リール１の慣性モーメントをＪ、加速時間をｔとすると、次式（４）で得られる速度ΔＶだけリール１の周速は速くなる（領域Ｄ）。
ΔＶ＝Ｄ／２×ΔＴ／Ｊ×ｔ ・・・（４）
この結果、紙通しベルトによるウェブ１８の引っ張り速度とリール１の周速度との速度差に起因するウェブ１８の張力増加は抑制され、ウェブ１８の張力過多によるウェブ１８の紙通しベルトからの脱離やウェブ１８の断裂が防止される。
【００２３】
次に、紙張り時のモータ８の制御について図４を用いて説明する。紙通し終了後のウェブ１８にたるみが生じている状態において、上位の制御装置から制御装置３０に紙張り開始信号が入力されると、制御装置３０は、リール径検出器３８からリール１の直径の検出値Ｄを取り込み、図示しない上位の制御装置からはウェブ１８の巻き戻し速度Ｖｂｈと目標テンションＦｒｅｆとを取り込む。巻き戻し速度Ｖｂｈはウェブ１８が張った瞬間に大きな張力が発生しないよう経験的に求めた速度である。
【００２４】
制御装置３０は、巻き戻し速度Ｖｂｈとリール直径Ｄとを用いて、次式（５）により紙張りのためのモータ８の指令速度（目標回転速度）Ｖｒｅｆｈを演算する。この目標回転速度Ｖｒｅｆｈは、モータ８が紙通し時とは反対向きに回転し、たるんだウェブ１８をリール１に巻き取ってゆく方向の指令値である。また、制御装置３０は、目標張力Ｆｒｅｆとリール直径Ｄとを用いて、次式（６）によりモータ８の駆動トルクの上限設定値Ｔｍａｘｈを演算する。
Ｖｒｅｆｈ＝Ｖｂｈ×ｋ／π／Ｄ ・・・（５）
Ｔｍａｘｈ＝Ｆｒｅｆ×Ｄ／２／ｋ ・・・（６）
制御装置３０は、これらの値Ｖｒｅｆｈ，Ｔｍａｘｈをモータドライバ３１での処理に適した信号に変換してモータドライバ３１に対して出力する。
【００２５】
モータドライバ３１では、目標回転速度Ｖｒｅｆｈとともにモータ速度検出器３６からモータ８の実回転速度が速度調節器３２に入力される。速度調節器３２は、モータ８の実回転速度と目標回転速度Ｖｒｅｆｈとの偏差からモータ８への要求トルクを演算する。この要求トルクは、トルクリミッタ３３において上限トルクＴｍａｘｈと比較される。そして、上限トルクＴｍａｘｈと要求トルクのうち何れか小さい方が選ばれ、モータ８の目標トルクとしてトルク調節器３４に対して出力される。
トルク調節器３４には、この目標トルクとともにトルク検出器３５からモータ８の実トルクが入力される。トルク調節器３４は、モータ８の実トルクと目標トルクとの偏差に応じたトルク指令信号をモータ８に出力し、モータ８の出力トルクを目標トルクに調整する。
【００２６】
以上のような駆動トルクに上限値を設けた速度制御が行なわれることにより、紙張り開始時からのモータ８の出力特性は図５（ａ），（ｂ）に示すようになる。すなわち、紙張り開始時の逆転加速トルクＴｂによってモータ８の回転速度は上昇し（領域Ａ）、目標速度Ｖｒｅｆｈに達した後で、ウェブ１８にたるみが残った状態では、一定速度での逆転を継続する。その際のモータトルクは、一定速度で逆転するのに必要なメカロス対応のブレーキトルクＴｍとなる（領域Ｂ）。なお、巻き戻し速度Ｖｂｈが一定であれば目標回転速度Ｖｒｅｆｈはウェブ１８の巻き戻しにともなうリール直径Ｄの増大によって次第に減速していくが、紙張り時のリール直径Ｄの変化率は微小であるため、図５では目標回転速度Ｖｒｅｆｈは略一定とみなしている。
【００２７】
ウェブ１８のたるみがなくなり、張った状態に移行するときには、リール１を一定速度で回転させようとするモータ８によってウェブ１８の張力が増加し、この張力トルクに釣り合うようにモータ８の駆動トルクは増加する（領域Ｃ）。
そして、ウェブ１８の張力がさらに増加して張力トルクが上限トルクＴｍａｘｈに達すると、モータ８の制動トルクは上限トルクＴｍａｘｈで固定されるため、張力トルクと駆動トルクとのトルク差によってモータ８の回転速度は減速され、リール１の周速度は低下していき、やがてウェブ１８の張力が目標張力Ｆｒｅｆになった状態で停止する（領域Ｄ）。リール１の回転の停止後は、この状態でモータブレーキによって保持してもよく、或いは、電磁ブレーキによって保持するようにしてもよい。
【００２８】
この結果、ウェブ１８の張力増加は抑制され、ウェブ１８の張力過多によるウェブ１８の断裂が防止される。なお、ウェブ１８のたるみがなくなり、張った状態に移行する時点で目標張力Ｆｒｅｆより高い張力がオーバーシュート的に発生すると予想されるが、目標速度ＶｒｅｆｈおよびトルクＴｍａｘｈの設定によって、ウェブ１８が断裂することのないレベルに設定することは可能である。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施形態では、モータの実トルクを検出して、実トルクと目標トルクとの偏差に基づいたフィードバック制御を行っているが、この出力トルクのフィードバック制御は必須ではない。つまり、図２，図４に示す制御システムはあくまでも本発明の一実施形態にすぎず、紙通し操作時に制動トルクに上限値を設けた速度制御によりモータを制御することが可能であり、また、紙張り操作時に駆動トルクに上限値を設けた速度制御によりモータを制御することが可能であればよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の輪転機の給紙装置（第１の給紙装置）によれば、紙通し時にモータの制動トルクに上限値を設けた速度制御を行うことにより、紙通し装置によるウェブの誘導速度とモータによるリールの送り出し速度に誤差があっても、低張力での紙通しを実現することができ、ウェブの張力過多による、ウェブの脱離や断裂を防止することができる。
【００３１】
また、本発明の輪転機の給紙装置（第２の給紙装置）によれば、紙張り時にモータの駆動トルクに上限値を設けた速度制御を行うことにより、たるみが無くなってウェブが張るときの張力過多によるウェブの断裂を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる給紙装置の構成を示す概略図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるモータの制御システムの構成を紙通し時の信号の流れとともに示すブロック図である。
【図３】図２の制御システムによるモータの出力特性を示す図であり、（ａ）はモータの回転速度の変化を示す図、（ｂ）はモータの出力トルクの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるモータの制御システムの構成を紙張り時の信号の流れとともに示すブロック図である。
【図５】図４の制御システムによるモータの出力特性を示す図であり、（ａ）はモータの回転速度の変化を示す図、（ｂ）はモータの出力トルクの変化を示す図である。
【図６】一般な新聞輪転機の構成を示す概略図である。
【図７】ウェブ先端部の紙通しベルトへの捕捉状況を示す概略図であり、紙通しベルトは側面図として示し、リール，ウェブについては斜視図として示している。
【符号の説明】
１ リール
５ チャック治具
８ モータ
９ プーリ
１０ ベルト
１７ リールスタンド
１８ ウェブ
１９ 紙通しベルト
２０ ガイドプーリー
２１ 給紙部
２２ 印刷部
２３ 折部
２４ エアブレーキ
３０ 制御装置
３１ モータドライバ
３２ 速度調節器
３３ トルクリミッタ
３４ トルク調節器
３５ トルク検出器
３６ モータ速度検出器
３８ リール径検出器
３９ ベルト速度検出器

Claims (2)

1. リールからウェブを引き出して所定のウェブ搬送経路に沿ってウェブを誘導する紙通し装置を備えた輪転機において、
   上記リールを回転駆動及び制動するモータと、
   上記紙通し装置による紙通し操作時に、制動トルクに上限値を設けた速度制御により上記モータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする、輪転機の給紙装置。
2. リールからウェブを引き出して所定のウェブ搬送経路に沿ってウェブを誘導する紙通し装置を備えた輪転機において、
   上記リールを回転駆動及び制動するモータと、
   上記紙通し装置による紙通し操作後の紙張り操作時に、駆動トルクに上限値を設けた速度制御により上記モータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする、輪転機の給紙装置。

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